Phân tích hiệu quả của cột đất trộn xi măng chống chuyển vị ngang của tường hố đào trong đất yếu

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

TRẦN ĐÌNH TÀI

PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CỦA CỘT ĐẤT TRỘN XI MĂNG CHỐNG
CHUYỂN VỊ NGANG CỦA TƯỜNG HỐ ĐÀO
TRONG ĐẤT YẾU

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số: 60 58 60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2011


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

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. LÊ TRỌNG NGHĨA ........................

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

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. BÙI TRƯỜNG SƠN ............................

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày..5....tháng..1....năm..2012.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. .GS.TS. LÊ BÁ LƯƠNG...............................

2. .PGS. TS. CHÂU NGỌC ẨN........................
3. ..TS. BÙI TRƯỜNG SƠN..............................
4. ..TS. LÊ TRỌNG NGHĨA..............................
5. ..TS. ĐỖ THANH HẢI.................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi
luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

Bộ mơn quản lý chuyên ngành


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------------

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo--Tp. HCM, ngày . . . . . tháng . . . . . năm 2011

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: TRẦN ĐÌNH TÀI

Giới tính : Nam / Nữ

Ngày, tháng, năm sinh : 21/07/1984

Nơi sinh : Tiền Giang

Chuyên ngành : Địa kỹ thuật xây dựng

MSHV: 10090339

Khoá (Năm trúng tuyển) : 2010
I- TÊN ĐỀ TÀI:
PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CỦA CỘT ĐẤT TRỘN XI MĂNG CHỐNG CHUYỂN VỊ NGANG
CỦA TƯỜNG HỐ ĐÀO TRONG ĐẤT YẾU
II- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
Nhiệm vụ: Phân tích hiệu quả của cột đất trộn xi măng chống chuyển vị ngang của tường hố
đào trong đất yếu.
Nội dung:
Mở đầu
Chương 1 : Tổng quan về các nghiên cứu của tường chắn hố đào sâu có gia cường bằng cột
đất xi măng
Chương 2 : Cơ sở lý thuyết khi phân tích chuyển vị của tường chắn hố đào sâu và cột
trộn xi măng bằng phần tử hữu hạn

đất

Chương 3 : Ứng dụng cột đất trộn xi măng để chống chuyển vị ngang cho công trình
Kết luận và kiến nghị
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

: ……/ …. / 2011

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ

: ……/ …. / 2011

V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

: TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

Nội dung và Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

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

TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

PGS.TS. VÕ PHÁN

KHOA QL CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, xin cảm chân thành cảm ơn q thầy cơ Bộ mơn Địa cơ Nền
móng đã nhiệt tình truyền đạt những kiến thức quý báu và quan tâm, tạo mọi điều
kiện thuận lợi giúp đỡ học viên trong thời gian qua.
Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Tiến sĩ Lê Trọng Nghĩa,
người đã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình và ln quan tâm, động viên tinh thần trong thời
gian học viên thực hiện Luận văn. Thầy đã truyền đạt cho học viên hiểu được
phương thức tiếp cận và giải quyết một vấn đề khoa học, đây là hành trang quí giá
mà học viên sẽ gìn giữ cho quá trình học tập và làm việc tiếp theo của mình.

Cuối cùng, xin cảm ơn Gia đình, Cơ quan và bạn bè thân hữu đã động viên,
giúp đỡ học viên trong thời gian học tập vừa qua.
TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2011
Học viên

Trần Đình Tài


TÓM TẮT LUẬN VĂN

Cột đất trộn xi măng đã được sử dụng rộng rãi để ổn định của lớp sét mềm
cho những cơng trình đất đắp. Tuy nhiên cột đất trộn xi măng cũng có thể được sử
dụng cho hố đào sâu để gia tăng áp lực đất bị động hoặc làm giảm áp lực chủ động.
Trong luận văn này, đã thực hiện kết quả từ việc phân tích phần tử hữu hạn của hố
đào sâu trong lớp sét. Dùng cột đất trộn xi măng để làm giảm chuyển vị của tường
cũng tốt như giảm chuyển vị mặt đất trong suốt q trình đào. Việc phân tích được
thực hiện với những chiều dày khác nhau của vùng được gia cường bằng cột đất xi
măng. Việc phân tích đã dùng phương pháp phần tử hữu hạn (Plaxis 2D) để kiểm
tra kết quả và rút ra kết luận.
Phân tích sẽ phân ra làm 3 trường hợp nghiên cứu: cột đất gia cường vùng
bị động, gia cường vùng chủ động và gia cường vùng chủ động và bị động. Trong
mỗi trường hợp ta sẽ thay đổi cột đất với những chiều dày khác nhau:
- Vùng bị động thay đổi từ 2m tới toàn bộ chiều ngang cơng trình.
- Vùng chủ động thay đổi từ 2m tới 8m.
- Vùng chủ động và bị động được kết hợp tất cả các trường hợp của vùng
bị động và chủ động.
Kết quả của phân tích này chỉ ra rằng việc gia cường áp lực vùng bị động
sẽ cho kết quả tốt nhất với cột đất dày 6 - 10m thì làm giảm chuyển vị của tường từ
45.2% - 68.6%, giảm chuyển vị phình trồi đáy hố đào từ 10,12% - 23% và giảm
chuyển vị lún của đất ngồi hố đào từ 49.6% - 62.4%.

Trong khi đó gia cường vùng chủ động và gia cường vùng chủ động và bị
động sẽ không cho kết quả cao về mặt hiệu quả và kinh tế.


ABSTRACT

Soil-cement columns have been widely used for stabilisation of soft clay
below embankments. However they can also be used for deep excavations to
increase the passive earth pressure or decrease the active earth pressure. In this
dissertation, results from FEM analyses for a deep excavation in very soft clay are
shown. The use soil- cement columns decrease the wall deflection as well as ground
settlement in during the excavation. The analysis has been performed with varied
thickness of the stabilisation area by the soil-cement columns. The analysis was
used the finite element method (Plaxis 2D) to check result and draw conclusions.
The analysis will be divided into 3 case studies: Soil-cement columns were
reinforced the passive area, the active area and both. In each case we will change
the soil-cement columns with different thickness:
- The passive area varies from 2m to entire width of the work.
- The active area varies from 2m to 8m.
- The active and passive area are combined all cases of both.
The results of this analysis was showed that reinforced the passive area
pressure for best results with soil-cement columns thickness 6-10m, the
displacement of the wall reduced from 45.2% - 68.6%, reducing the displacement
rising of soil from 10.12% - 23% and reducing the settlement of the ground around
deep excavation from 49.6% - 62.4%.
Otherwise, reinforcing the active area and reinforcing active and passive
areas will not high result about efficiency and economy.


DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 Gia cường cột đất xi măng dưới đáy hố đào...............................................2
Hình 1.2 Các chuyển vị của tường trong q trình thi cơng ................................... 4
Hình 1.3 Chuyển vị của tường và đất sau tường ..................................................... 5
Hình 1.4 Quan hệ giữa chiều sâu hố đào và chuyển vị tường ................................. 5
Hình 1.5 Hình dạng hố đào và các thơng số cường độ đất cho hệ số an tồn .......... 6
Hình 1.6 Các dạng chuyển vị của đất sau tường ..................................................... 7
Hình 1.7 Phương pháp Peck (1969) ....................................................................... 8
Hình 1.8 Các vùng ảnh hưởng của chuyển vị đất sau tường ................................... 8
Hình 1.9 Phương pháp Clough và O’Rourke (1990) ước chừng chuyển vị mặt đất
Hình 1.10 Vùng ảnh hưởng theo Ou (1993) và Nicholson (1987) .......................... 11
Hình 1.11 Các hình dạng của chuyển vị tường và đất sau tường ............................ 14
Hình 1.12 Mối quan hệ giữa chuyển vị max mặt đất và độ võng tường max .......... 14
Hình 1.13 Trộn ướt CDMland4, Nhật .................................................................... 18
Hình 1.14 Trộn ướt Colmix, pháp 1980 ................................................................. 18
Hình 1.15 Trộn ướt Trevimex, Ý 1980 .................................................................. 19
Hình 1.16 Trộn ướt CDM-LODIC, Nhật 1985 ....................................................... 19
Hình 1.17 Ứng dụng cột đất xi măng cho các công trình ........................................ 20
Hình 1.18 Thiết kế sàn bằng cột đất xi măng cho hố đào sâu (Shirlaw 2000b) ....... 21
Hình 1.19 Ổn định đáy hố đào bằng phương pháp top-down trong đất sét (Gaba
1990) ..................................................................................................................... 21
Hình 1.20 Ổn định với 1 lớp theo Lee và Young.................................................... 22
Hình 1.21 Ổn định với 2 lớp thep Lee và Young.................................................... 23
Hình 1.22 Cải tạo đất bằng cột đất xi măng theo Tanaka (1993) ............................ 23
Hình 1.23 Chuyển vị tường theo đo đạc của Tanaka (1993)................................... 24
Hình 1.24 Dạng đất được gia cường theo Liao và Tsai (1993) ............................... 25
Hình 1.25 Ou và Wu (1996) .................................................................................. 26
Hình 1.26 Mặt bằng bố trí DMM theo Uchimaya và Kamon (1998) ...................... 26
Hình 1.27 Hình dạng tường chắn DMM trong từng bước thi công theo Kamon và
Uchiyama (1998) ................................................................................................... 27

Hình 1.28 Ảnh hưởng của lớp vữa trong hố đào sâu, Wong (1998)........................ 29
Hình 2.1 Dạng phần tử hữu hạn 2D ....................................................................... 31
Hình 2.2 Dùng những phần tử bậc cao ................................................................... 32
Hình 2.3 Ảnh hưởng của điều kiện biên ................................................................. 32
Hình 2.4 Phần tử 3 nút ........................................................................................... 33
Hình 2.5 Sự mơ phỏng của hố đào sâu ................................................................... 44
Hình 2.6 Điều kiện biên hố đào sâu ....................................................................... 45
Hình 2.7 Mơ hình Mohr-Coulomb ......................................................................... 51
Hình 2.8 Mơ hình Hardening-Soil ......................................................................... 54
Hình 2.9 Quan hệ giữa E50 và Eur ........................................................................... 55
Hình 2.10 Biểu đồ Eoedref ...................................................................................... 55
Hình 2.11 Sơ đồ thi cơng trộn ướt.......................................................................... 56
Hình 2.12 Các hình dạng của cột đất trộnh xi măng ............................................... 58
Hình 2.13 Mối quan hệ giữa qu và N theo Nishibayashi (1985).............................. 59
Hình 2.14 Mối quan hệ giữa phịng thí nghiệm và hiện trường .............................. 59
Hình 2.15 Cường độ chịu kéo Terashi (1980) ........................................................ 60
Hình 2.16 Cường độ chịu uốn Kitazume (2000) .................................................... 60
Hình 3.1 Mặt cắt địa chất cơng trình ...................................................................... 64
Hình 3.2 Các giai đoạn thi cơng ............................................................................. 65
Hình 3.3 Mơ hình bài tốn bằng Plaxis .................................................................. 70
Hình 3.4 Mơ hình lưới phần tử hữu hạn ................................................................. 70
Hình 3.5 Trường hợp gia cố vùng bị động ............................................................. 71
Hình 3.6 Trường hợp gia cố vùng chủ động ........................................................... 72
Hình 3.7 Trường hợp gia cố vùng chủ động và bị động ......................................... 73
Hình 3.8 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng bị động (đào -3.5m) ..... 74
Hình 3.9 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng chủ động (đào -3.5m) .. 75
Hình 3.10 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng chủ động và bị động
(đào -3.5m)............................................................................................................ 76
Hình 3.11 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng chủ động và bị động

(đào -3.5m)............................................................................................................ 77
Hình 3.12 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng bị động (đào -6.5m) ... 78


Hình 3.13 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng chủ động (đào -6.5m)
Hình 3.14 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng chủ động và bị động
(đào -6.5m)............................................................................................................ 80
Hình 3.15 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng chủ động và bị động
(đào -6.5m)............................................................................................................ 81
Hình 3.16 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng bị động (đào -9.5m) ... 82
Hình 3.17 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng chủ động (đào -9.5m)
Hình 3.18 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng chủ động và bị động
(đào -9.5m)............................................................................................................ 84
Hình 3.19 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng chủ động và bị động
(đào -9.5m)............................................................................................................ 85
Hình 3.20 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng bị động qua các bước thi
cơng ...................................................................................................................... 87
Hình 3.21 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng chủ động qua các bước
thi cơng ................................................................................................................. 88
Hình 3.22 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng chủ động và bị động qua
các bước thi cơng................................................................................................... 89
Hình 3.23 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng chủ động và bị động qua
các bước thi cơng................................................................................................... 89
Hình 3.24 Phình trồi của đất khi cột đất gia cường vùng bị động ........................... 90
Hình 3.25 Phình trồi của đất khi cột đất gia cường vùng chủ động ........................ 90
Hình 3.26 Phình trồi của đất khi cột đất gia cường vùng chủ động và bị động ....... 91
Hình 3.27 Phình trồi của đất khi cột đất gia cường vùng chủ động và bị động ....... 91
Hình 3.28 Chuyển vị của đất ngoài hố đào khi gia cường vùng bị động ................. 92
Hình 3.29 Chuyển vị của đất ngồi hố đào khi gia cường vùng chủ động .............. 92
Hình 3.30 Chuyển vị của đất ngoài hố đào khi gia cường vùng chủ động và bị động

.............................................................................................................................. 93
Hình 3.31 Chuyển vị của đất ngoài hố đào khi gia cường vùng chủ động và bị động
.............................................................................................................................. 93
Hình 3.32 Tỉ lệ giữa chuyển vị và chiều sâu hố đào khi gia cường cột đất vùng bị
động ...................................................................................................................... 94


Hình 3.33 Tỉ lệ giữa chuyển vị và chiều sâu hố đào khi gia cường cột đất vùng chủ
động ...................................................................................................................... 95
Hình 3.34 Tỉ lệ giữa chuyển vị và chiều sâu hố đào khi gia cường cột đất vùng chủ
động và bị động ..................................................................................................... 95
Hình 3.35 Tỉ lệ giữa chuyển vị và chiều sâu hố đào khi gia cường cột đất vùng chủ
động và bị động ..................................................................................................... 96


Mục Lục
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................. 1
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài ..................................................................... 2
3. Phương pháp nghiên cứu của đề tài ............................................................... 2
4. Ý nghóa khoa học của đề tài ........................................................................... 3
5. Giá trị thực tiễn của đề tài .............................................................................. 3
6. Phạm vi nghiên cứu của đề tài ....................................................................... 3
7. Hạn chế của đề tài .......................................................................................... 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU CỦA TƯỜNG CHẮN HỐ
ĐÀO SÂU CÓ GIA CƯỜNG BẰNG CỘT ĐẤT XI MĂNG .................................. 4
1.1 Những kết quả nghiên cứu và đo đạc .......................................................... 4
1.1.1 Chuyển vị của tường ................................................................................ 4
1.1.2 Chuyển vị của đất xung quanh hốđào ........................................................ 7
1.1.3 Chiều sâu tường dưới đáy hố đào........................................................... 11

1.1.4 Mối quan hệ giữa chuyển vị mặt đất và chuyển vị tường ........................ 12
1.1.5 Nội lực trong tường ................................................................................ 16
1.2 Cột đất trộn xi măng .................................................................................. 18
1.2.1 Sơ lược về cột đất trộn xi măng.............................................................. 18
1.2.2 Những kết quả nghiên cứu ..................................................................... 21
1.3 Kết luận ....................................................................................................... 28
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHI PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ CỦA
TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂU VÀ CỘT ĐẤT XI MĂNG BẰNG PHẦN TỬ
HỮU HẠN ............................................................................................................ 30
2.1 Phần tử hữu hạn ......................................................................................... 30
2.2 Rời rạc phần tử ........................................................................................... 31
2.3 Chuyển vị gần đúng .................................................................................... 33
2.4 Phương trình phần tử................................................................................. 34
2.5 Phân tích ứng suất toång ............................................................................. 37


2.6 Tính toán áp lực nước lỗ rỗng .................................................................... 38
2.7 Phân tích thoát nước và không thoát nước ................................................ 41
2.7.1 Ứng xử không thoát nước ....................................................................... 42
2.7.2 Ứng xử không thoát nước trong Plaxis ................................................... 43
2.8 Điều kiện biên hố đào sâu .......................................................................... 45
2.9 Phương pháp phân tích hố đào sâu ............................................................ 46
2.9.1 Phân tích trực tiếp và phân tích ngược .................................................. 46
2.9.2 Phân tích ứng suất tổng và ứng suất hữu hiệu ....................................... 47
2.9.3 Phân tích thoát nước, không thoát nước và phân tích thoát nước một
phần................................................................................................................ 48
2.10 Mô hình Mohr-Coulomb ........................................................................... 49
2.10.1 Modun E .............................................................................................. 50
2.10.2 Thông số K0 và OCR ............................................................................ 52
2.10.3 Hệ số thấm: ......................................................................................... 52

2.11 Mô hình Hardening Soil ........................................................................... 53
2.11.1 Modun E .............................................................................................. 53
2.11.2 Hệ số poisson’s gia tải và dỡ tải vur ..................................................... 55
2.11.3 Hệ số cố kết thường K 0NC ..................................................................... 55
2.11.4 Hệ số thấm k ........................................................................................ 55
2.12 Cột đất trộn xi măng ................................................................................ 55
2.12.1 Các đặc tính của cột đất trộn xi măng ................................................. 55
2.12.2 Các thông số của cột đất trộn xi măng ................................................ 58
2.13 Kết luận:.................................................................................................... 61
CHƯƠNG 3 : ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CỦA CỘT ĐẤT XI
MĂNG CHỐNG CHUYỂN VỊ NGANG CỦA TƯỜNG HỐ ĐÀO TRONG ĐẤT
YẾU ...................................................................................................................... 62
3.1 Tổng quan về công trình ............................................................................ 62
3.2 Các giai đoạn thi công ............................................................................... 64
3.3 Mô hình bài toán và các thông số đầu vào ................................................ 65


3.3.1 Mô tả bài toán ....................................................................................... 65
3.3.2 Thông số đầu vào ................................................................................... 65
3.4 Mô phỏng bài toán trong Plaxis ................................................................. 69
3.5 Mô phỏng trình tự thi công trong Plaxis .................................................... 69
3.6 Các trường hợp gia cố bằng cột đất xi măng............................................. 70
3.7 Chuyển vị của tường qua các giai đoạn đào .............................................. 73
3.7.1 Trường hợp thi công đào đến độ sâu -3,5m ............................................ 73
3.7.2 Trường hợp thi công đào đến độ sâu -6,5m ............................................ 77
3.7.3 Trường hợp thi công đào đến độ sâu -9,5m ............................................ 81
3.8 Chuyển vị của tường trong các trường hợp thi công .................................. 85
3.9 Chuyển vị phình trồi của đất ở đáy hố đào ở giai đoạn đào -9,5m............. 90
3.10 Chuyển vị thẳng đứng của đất xung quanh hốđào ở giai đoạn đào -9.5m . 92
3.11 Tỉ lệ giữa chuyển vị và chiều sâu của hố đào với các trường hợp gia

cường ................................................................................................................. 94
3.12 Kết luận ..................................................................................................... 96
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................... 98
1. Kết Luận........................................................................................................ 98
2. Kiến Nghị ...................................................................................................... 99
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 100


-1-

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Tình hình dân số ngày càng tăng và tập trung nhiềû các thành phố lớn
như: Thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội, Cần Thơ…..Do đó cần nhiều dịch vụ cần
thiết phục vụ cho sự gia tăng dân số như vậy và một trong những vấnđềđó là chỗở
cho người dân vì thế mà có nhiều chung cư cao tầng, cao ốc được xây dựng lên
với nhiều tầng hầm phục vụ cho sự an toàn vàđi lại người dân mà hầu nhưđịa
chấtở các thành phố lớn của ta đều rất yếặc biệt là thành phố Hồ Chí Minh và
Cần Thơ do đó vấnđềđặt ra là phải có giải pháp móng hợp lý cho công trình với
nhiều tầng hầm như vậy mà biện pháp thi công nhanh và an toàn nhấthiện nay là
sử dụng tường vây trong quá trình thi công, điều này sẽđảm bảộ bền cho chính
công trình cũng như các công trình lân cận.
Vấnđề về hốđào sâu cũngđã được tìm hiểu bởi nhiều nhà nghiên cứu trong
nhiều năm.Tuy nhiên trong những thập kỷ qua sự hiểu biết vềứng xử củất nền
về căn bảnđã tăng lên.Điều này, kết hợp với khả năng sử dụng những kỹ thuật
mới trong quá trình thi công của hốđào sâu đã đượcđề ra nghiên cứu và phân tích
và một trong sốđó là sử dụng cộtđất trộn xi măng để gia cường chống chuyển vị
của tường dướiđáy hốđào sâu khi tường cắm sâu vàất yếu, khi tường cắm sâu
vàất yếu thì khả năng chuyển vị của tường sẽ tăng lên, xétđến yếu tố này thì
cộtđất trộn xi măng là yếu tố hàngđầu vì khả năng thi công tiện lợi, độ bền cao,

chi phí thấp...
Khi một kết cấu chắn giữđất tạm thời, chẳng hạn như hệ tường vây được
thiết kế thì yếu tốan toàn phải là ưu tiên hàngđầu. Tiếptheó là yêu cầu về hiệu
quả kinh tế cũng ngày càng gắt gao, điều này dẫnđến nhu cầu phải dựđoán chính
xác hơn nữa chuyển vị củất nền và tăng kiến thức của việc thiết kế những kết
cấu chống giữ tạm cũng như lâu dài cho công trình.


-22. Mụcđích nghiên cứu củề tài
- Phân tíchứng xử chuyển vị, nội lực của tường vây và chuyển vị củất
xung quanh tường trong đất kết hợp cộtđất trộn xi măng để gia cường chuyển vị
của tường dướiđáy hốđào.
- Ứng dụng vào việc tính toán thiết kế ổnđịnhchuyển vị của
tườngvàđấtxung quanh hốđàocho công trình có hai tầng hầm, chiều sâu hốđào
khoảng 10m, tường có chiều dài trong đất yếu lớnđể cắm vàất tốt nên được gia
cố bằngđất trộn xi măng để hạn chế chuyển vị của tường dướiđáy hốđào.

Hình1.1 Gia cường cộtđất xi măng dướiđáy hốđào
3. Phương pháp nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về chuyển vị, nội lực tường vây và chuyển vị
củất xung quanh tường.
Nghiên cứu ảnh hưởng phạmvi của tường vây đếnđất xung quanh trên và
dưới tường.
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về hàm lượng, modun đàn hồi và chiều dàyhợp
lý của cộtđất trộn xi măngđể hạn chế chuyển vị của tường vây.


-3-

Mô phỏng bằng phần mềm Plaxis để phân tích chuyển vị của tường, phình

trồi củấtởđáy hốđào và tỉ lệ giữa chuyển vị của tường và chiều sâu của hốđào
trong đất yếu.
4. Ý nghóa khoa học của đề tài
Tìm hiểu được chuyển vị, nội lực của tường và chuyển vị củất xung
quanh tường từđó phân tíchđánh giá ảnh hưởng của tườngđếnđất nền xung
quanh.Phân tích đượcứng dụng cộtđất trộn xi măng trong việc gia cường tường
dướiđáy hốđào.
5. Giá trị thực tiễn của đề tài
Phương pháp này sẽ giúp hiểu rõ vềứng xử của tường trong quá trình thi
công hố đào với phương pháp cộtđất trộn xi măngđể hạn chế chuyển vị của
tườngdướiđáy hốđào khi tường cắm sâu trong đất yếu, từđó có thểđánh giá vàđưa
ra ý kiến về chiều dày của cộtđất trộn xi măng để hạn chế chuyển vị tường, tiết
kiệm chi phí mà vẫnđảm bảo tường làm việc trong giới hạn an toàn.
6. Phạmvi nghiên cứu của đề tài
Phương pháp cộtđất trộn xi măng được sử dụng như thanh chống ngang để
hạnchế chuyển vị của tường dướiđáy hốđàể tường làm việc ổn định không gây
hư hại cho công trình. Phạm vi nghiên cứu củề tài chỉ giới hạn trong một số
loạiđất yếu và chủ yếu gia cường cộtđấtở vùng áp lực bịđộng( dướiđáy hốđào),
vùng áp lực chủđộng ( bên ngoài hốđào),và bên trong lẫn bên ngoài, do đó việc
vận dụng phương pháp vào các loạiđất khác trước tiên cần xem xétđiều kiện yếu
tố liên quan và hiệu quả kinh tế…
7. Hạn chế của đề tài
Công trình nghiên cứu mang tính chất tổng hợp các lý thuyếtđã học và sưu
tầm chưa cóđiều kiện tính toán thực tế,chưa có số liệu thực tếvà tiến hành thực
nghiệm ngoài hiện trường.


-4-

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU CỦA TƯỜNG

CHẮN HỐĐÀO SÂU CÓ GIA CƯỜNG BẰNG CỘTĐẤT XI MĂNG
1.1 Những kết quả nghiên cứu vàđo đạc
1.1.1 Chuyển vị của tường
Dướiđây là chuyển vị của tường trong lúc thi công giai đoạnđầu và thi
công giai đoạn sau cùng.

giaiđoạnđầu

giaiđoạn cuối

Hình 1.2 Các chuyển vị của tường trong quá trình thi công
Nếu As>1,6Ac thì chuyển vịđất sau tường có dạng lõm
- Theo Goldberg (1976),đo đạc trên 63 trường hợp lịch sửthìcho rằng
chuyển vị tường trong đất cát và sỏi sạn hoặcđất sét cứng hoặc rất cứng thì
thườngít hơn 0,4% của chiều sâu hốđào. Những kết quả của họ cũng chỉ ra rằng
chuyển vị tường của hốđào sâu trong sét mềm thì khoảng 1% chiều sâu hốđào.
- Theo dữ liệu của Moormann(2004) thực hiện trên 530 công trình trong
sét mềm (cu<75 kpa). Chuyển vị ngang lớn nhất của tường  hm  thì khoảng giữa
0,5%H và 1%H (với H là chiều sâu hốđào), vị trí chuyển vị ngang lớn nhất thì
khoảng 0,5H tới 1H bên dưới mặtđất.


-5-

Khoảng cách thanh chống

H [m]: chiều sâu hốđào
t [m]: chiều dài tường dưới hốđào
N : số lớp thanh chống
umaxh [m]: chuyển vị max tường phương ngang

umaxv [m]: chuyển vịđất max phương đứng

Hình 1.3 Chuyển vị của tường vàđất sau tường
Chuyển vị ngang tường max
Sét mềm cu<75kPa

Chiều sâu hố đào

Hình 1.4 Quan hệ giữa chiều sâu hốđào và chuyển vị tường
Chuyển vị của tường phần lớn phụ thuộc vào hệ thốngthanh giaèng.


-6Theo Ou, C.Y(1993)đã thực hiện trên 10 trường hợp lịch sử cho hốđào sâu
ở Tapei cho rằng mối quan hệ giữa chuyển vị lớn nhất mặtđất vào khoảng 50%
tới 70% độ võng tường lớn nhất vàđộ võng tường lớn nhất thì khoảng 0,2% tới
0,5% chiều sâu hốđào.
-Theo Winter, E(1992)đã thực hiện trên hốđào 10m dùng tường slurry có
nhà thờ bên cạnh cho rằng chuyển vị lớn nhất của tường theo phương ngang vào
khoảng 0.15% chiều sâu hốđào.
-Phương pháp Clough (1989)đề xuất trên bán thực nghiệm về chuyển vị
trên lớp sét là chuyển vị lớn nhất của tường (  hm )đượcđánh giá từ mối quan hệ
giữa hệ số an toàn (FS) và hệ thốngđộ cứng.
Với : hệ thốngđộ cứng 

E.I
 .h 4

Trong đó EI làđộ cứng chống uốn
 là trọng lượng riêng củất dưới tường

h là khoảng cách các thanh chống
Hệ số an toàn (FS) đượcđịnh nghóatheo Terzaghi (1943)

Hình 1.5

Trong đó:

Hình dạng hố đào và thông số cường độ đất cho hệ số an
toàn

suu là sức chống cắt không thoát nước củất phía trên đáy hốđào.
sub là sức chống cắt không thoát nước củất phía dướiđáy hốđào.


-7NC là hệ số khả năng chịu lực[Theo Terzaghi (1943) NC=5,7]
-Theo Clough và O’Rourke(1990) chuyển vị tường lớn nhất vào khoảng
0,2% chiều sâu hốđào
-Theo Hashash(1992)nếu hệ thống thanh chống tốt thìtỷ sốgiữachuyển vị
tường lớn nhất và chiều sâu hốđào
chống nhỏ thì hệ số tăng từ

 Hm
 0,5% ngược lại nếu hệ thống thanh
H

 Hm
 1,5% tới 2%.
H

1.1.2 Chuyển vị của đất xung quanh hố đào

Chuyển vịđất xung quanh hốđào có 2 loại : loại chuyển vị lớn nhấtở sát
thành hốđào (Spandrel) và loại chuyển vị có đường cong lõm (Concave).
Tường

Dạng lõm
Dạng chuyển vị max gần tường

Hình1.6 Các dạng chuyển vị củất sau tường
- Theo phương pháp Peck(1969) dùng phương pháp thực nghiệm.Chuyển
vịđất lớn nhất của sét mềmđến rất mềm thì khoảng 1% của chiều sâu lớn nhất
hốđào.Vùngnàythì khoảng 2 lần chiều sâu lớn nhất hốđào.Theo Peck chia làm 3
vùng.


-8-

Vùng 1: Cát và sét mềmđến sét cứng
Vùng 2: a/ Sét rất mềmđến mềm
- Giới hạn chiều sâu lớp sét bên dưới hốđào
- Chiều sâu đáng kể lớp sét dưới hốđào nhưng
Nbb/ Ảnh hưởng chuyển vị bởi quá trình
thi công khác nhau
Vùng 3: Sét rất mềmđến mềm
Chiều sâu bên dướiđáy hốđào với Nb>Ncb

Hình1.7 Phương pháp Peck (1969)
Trong vùng 1 chuyển vị gần sát tường vào khoảng 1% chiều sâu hốđào,
trong vùng 2 chuyển vị gần sát tường vào khoảng 2% chiều sâu hốđào.

Ước chừng cao hơn
Ước chừng gầnđúng

Vùng ảnh hưởng

Vùng ảnh

chính

hưởng phụ

Hình1.8 Các vùng ảnh hưởng của chuyển vịđất sau tường
Vớiđoạn a-b và b-c có thể tính như sau:
Nếu

d
 2 thì
He


-9-



d
 v    0.636
 1. vm
He



Neáu 2 

d
 4 thì
He



d
 v    0.171
 0.342 . vm
He



Với  v là chuyển vị bề mặt củất cách tườngmột khoảng là d
He là chiều sâu hốđào.
- Theo phương pháp Bowles(1988)
Với  vm 

4.VS
là chuyển vịđấtlớn nhất
D

Trong đó D  H e  H d  tan(45 

'
) là vùng ảnh hưởngtheo Caspe (1966)
2

He là chiều say hốđào, Hd là bề rộng hốđào.
Vớiđất cát H d  0,5.B. tan(45 

'
)
2

2

x
 v   vm .  là chuyển vịđấtở cách tường
D

Với D-x là khoảng cách từ tường
- Theo phương pháp Clough và O’Rourke(1990) chuyển vị mở rộng từ 2He
và 3He cho đất cát vàđất sét cứngđến rất cứng.
Nếu biết  vm thì những vị trí khác có thể tínhđược, ngoài ra trên biểồ của
Peck thì Clough và O’Rourke cho rằng vùng ảnh hưởng chính (Primary influence
zone) thì khoảng 2 lần chiều sâu hốđào(2He) thì chuyển vị vào khoảng 0,1 vm còn
vùngảnh hưởng thứ cấp (Secondary influence zone) thìít ảnh hưởng nên vào
khoảng 4He.


-10-

Đường
chuyển vị

Cát

Đường
chuyển vị

Sét cứngđến
rất cứng

Đường
chuyển vị

Sét mềm đến vừa
Hình 1.9 Phương pháp Clough và O’Rourke (1990) ước chừng chuyển vị mặt đất

- Phương pháp Ou(1993) dựa trên 10 trường hợpở Taipei (Hàn Quốc) là
chuyển vịở khoảng cách giới hạn sau tường thì không đều và gia tăng theo chiều
sâu hốđào. Vùngđó được gọi là vùng ảnh hưởng (AIR), chuyển vị ngoài AIR thì
không đáng kể.


AIR  H e  H p  tan 45    H e  H p 
2


Với He là chiều sâu hốđào, Hp là chiều sâu tường cắm vàất.
- Theo dữ liệu của Moormann(2004)đã thực hiện nghiên cứu trên 530
trường hợp chuyển vị củất do đào sâu trong sét mềm (cu< 75kpa). Chuyển


-11vịlớn nhất theo phương đứng của bề mặtđất sau lưng tường  vm  nằm trong
khoảng 0,1%H tới 10%H trung bình trong khoảng 1,1%H, chuyển vị xảy ra ở

khoảng cáchít hơn 0,5%H sau lưng tường nhưng có nhiều trường hợp trong sét
mềm khoảng cách này lên tới 2H, với H chiều sâu hốđào.
- Theo Ou (1993) và Nicholson (1987) chuyển vị lớn nhất của mặtđất trong
đường cong chuyển vị lõm thì bằng nữa chiều sâu màtạiđóđộ võng tường lớn
nhất.Theo Ou (1993) trong nhiều trường hợp thìđộ võng lớn nhất của tường thì
gầnđáy hốđào, vì vậy chuyển vị lớn nhất của mặtđất thì bằng nữa chiều sâu
hốđào (He/2).

Vùng ảnh

Vùng ảnh

hưởng chính

hưởng phụ

Hình1.10 Vùng ảnh hưởng theo Ou (1993) và Nicholson (1987)
Trong nhiều trường hợp Clough và O’Rourke (1990) thì cho rằng chuyển
vị mặtđấtở gần tường thì trong phạmvi từ 0,5 vm tới 0,7 vm (với  vm là chuyển vị lớn
nhất)
1.1.3 Chiều sâu tường dưới đáy hố đào
Dựa trên nhiều nghiên cứu của Woo và Moh (1990) thì tỷ số của chiều dài
tường và chiều sâu hốđào vào khoảng 1,6 tới 2.2 ( còn phải dựa vào tầngđất).


-121.1.4 Mối quan hệ giữa chuyển vị mặt đất và chuyển vị tường
-Theo Mana và Clough(1981) cho rằng trong hầu hết trường hợp thì
chuyển vị lớn nhất của bề mặtđất bằng (0,5-0,7) chuyển vị lớn nhất của tường
 vm  0,5  0,7  hm

Các trường hợp chuyển vị củất và tường

Độ võng tường

Độ võng tường

Khoảng cách từ tường (m)

Khoảng cách từ tường (m)