Phân tích ổn định hố đào sâu cho công trình ven biển thành phố đà nẵng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-----o0o-----

VÕ DUY PHƯỚC

PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU
CHO CƠNG TRÌNH VEN BIỂN
THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số ngành : 60.58.60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2012


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA-ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. ĐỖ THANH HẢI

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

TS. LÊ BÁ VINH

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa-ĐHQG-HCM ngày
09 tháng 01 năm 2013.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. GS.TSKH. NGUYỄN VĂN THƠ
2. TS. LÊ BÁ VINH
3. TS. LÊ TRỌNG NGHĨA
4. TS. VÕ NGỌC HÀ
5. TS. ĐỖ THANH HẢI
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa.
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

GS.TSKH. NGUYỄN VĂN THƠ

TRƢỞNG KHOA QL CHUYÊN NGÀNH


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM

KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

Tp. HCM, ngày tháng năm 2012

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên : VÕ DUY PHƯỚC

Phái

Ngày sinh

: 21/07/1987

Nơi sinh : TP.HCM

Chuyên ngành
1- TÊN ĐỀ TÀI

: Địa Kỹ thuật Xây dựng

MSHV

: Nam
: 11090322

Phân tích ổn định hố đào sâu cho cơng trình ven biển thành phố Đà Nẵng
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN
Mở đầu
Chƣơng 1. Tổng quan về hố đào sâu trong điều kiện đất tự nhiên nhiễm mặn và rửa mặn.
Chƣơng 2. Lý thuyết tính tốn ổn định hố đào sâu.
Chƣơng 3. Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất tự nhiên nhiễm mặn và rửa mặn.
Chƣơng 4. Ứng dụng phân tích tính tốn ổn định của hố đào sâu cho cơng trình thực tế.
Kết luận, kiến nghị
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : . . . ………………………………….
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : . . . ………………………
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. ĐỖ THANH HẢI
Nội dung và đề cương Luận văn Thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
KHOA QL
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
CHUYÊN NGÀNH

TS. ĐỖ THANH HẢI

PGS.TS. VÕ PHÁN


LỜI CÁM ƠN
Luận văn “ Phân tích ổn định hố đào sâu cho cơng trình ven thành phố Đà Nẵng” với
mục đích nghiên cứu phương pháp tính tốn và thi công tường tầng hầm phù hợp trong
điều kiện đất bị nhiễm mặn và sau khi rửa mặn. Đề tài cũng đưa ra cơ sở lý thuyết tính
chuyển vị tường và tính tốn trên một cơng trình thực tế với địa chất được khảo sát.
Em xin trân trọng cảm ơn thầy TS. Đỗ Thanh Hải, thầy Th.S Hoàng Thế Thao đã tận
tình hướng dẫn và cung cấp các tài liệu cần thiết có liên quan đến đề tài để em có thể
hoàn thành luận văn này.
Em cũng xin cảm ơn các thầy cơ giáo trong bộ mơn Địa Cơ Nền Móng, trường Đại
Học Bách Khoa đã tận tình hướng dẫn, trang bị nhiều kiến thức giúp cho em có thể hồn
thành luận văn này.
Vì thời gian thực hiện luận văn có hạn và kiến thức về lĩnh vực địa kỹ thuật nên khơng
tránh khỏi hạn chế và thiếu sót. Em rất mong sự đóng góp của q thầy cơ để luận văn
được hồn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn.

TP.Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2012
Học viên

VÕ DUY PHƯỚC


TÓM TẮT
Luận văn này tập trung phân tích ổn định của hố đào cơng trình khu phức hợp
khách sạn Bạch Đằng ở Đà Nẵng trong q trình thi cơng. Nền đất ở khu vực này nằm sát
bờ biển nên chịu ảnh hưởng rõ rệt của sự dâng lên và hạ xuống của mực nước biển và bị
nhiễm mặn. Kết quả quan trắc mực nước ngầm trong các hố khoan cho thấy: vào mùa
mưa, mực nước ngầm cao nhất là -1m, nhưng giảm xuống -5m vào mùa khơ. Địa hình
vùng ven biển có nhiều núi non, nên áp lực từ các sông, suối làm cho lượng muối trong
đất bị giảm, gây ra hiện tượng lọc muối tự nhiên.
Kết quả thí nghiệm lọc muối trong phòng được tiến hành với mẫu đất lấy tại độ
sâu 1m đến 3m trong hố đào đang thi công ở mùa mưa, để mô phỏng với việc lọc muối tự
nhiên. Sau thời gian khoảng 16 ngày, độ mặn trong đất giảm từ 5,8g/l xuống còn 0,5g/l
cho lớp sét pha. Kết quả thí nghiệm cho thấy mẫu đất rửa mặn (sau khi lọc muối) có lực
dính giảm 19,69% và góc ma sát trong giảm 11,98%. Thêm vào đó, giá trị mơđun biến
dạng có ảnh hưởng lớn đến chuyển vị của hố đào cũng giảm 27,8%
Hố đào được phân tích ổn định theo q trình thi cơng bằng phần mềm Plaxis 2D,
và kết quả được so sánh với kết quả quan trắc để kiểm chứng. Nền đất được mô hình là
Hardening Soil cho trường hợp đất tự nhiên và đất rửa mặn. Trong mơ hình thì các thơng
số về tường và đất là đúng với thực tế thiết kế, chỉ có lớp 2 và 3 được thay đổi các thông
số cho trường hợp đất nhiễm mặn (ban đầu) và rửa mặn (sau khi lọc muối). Kết quả phân
tích cho thấy giá trị chuyển vị ngang lớn nhất ở đỉnh hố đào ở trong đất tự nhiên là 1.485
cm, nhỏ hơn 34.93% so với đất rửa mặn nhưng lớn hơn 19,2% so với số liệu quan trắc.
Tuy nhiên, các kết quả này vẫn nằm trong giới hạn cho phép của chuyển vị hố đào, và các
kết quả kiểm tra ổn định cũng đạt yêu cầu Do đó, trong thiết kế cần xem xét đến trường
hợp nguy hiểm là đất bị rửa mặn có các đặc trưng cơ lý giảm sẽ ảnh hưởng đến chuyển vị
và ổn định của hố đào để đảm bảo an tồn trong q trình thi cơng.

ABSTRACT
This thesis focuses on stability on the excavation of Bach Dang hotel and complex
apartment during construction stages. Soil has salinity in this coastal area when sea water
rises up and down. Observation results of ground water level showed that: in the rain
season, it has -1m level and decrease to -3m level in the dry season. Mountain and sea
combine the special terrain with water pressure from mountain spring can leach the salt
out of soil, resulted in natural leaching procedure.
Leaching experiments results in the laboratory on soil at the depth of 1m and 3m,
in the rain season to simulate the natural leaching . Soil salinity decreases from 5,8g/l to
0,5g/l for sandy clay after 16 days of leaching. Experimental results showed that cohesion
and internal friction value decrease 19,69% and 27,8%, respectively. Moreover,
oedometer modulus, important factor to horizontal displacement of the excavation, also
decrease 28,8%.
The excavation is analyzed during construction stage by using Plaxis 2D, and is
verified in comparison with observation results. Modeling of soil layer is using
Hardening Soil model for salinity soil (natural soil) and leached soil. In these models,
only layer 2 and layer 3 have change of soil properties, other input parameters are the
same. Analysis results showed that the value of horizontal displacement at the top of
excavation wall was 1,485cm, smaller than 34,93% and larger than 19,2% in comparison
with leached soil and observation results, respectively. However, these results are less
than limit value and stability results for excavation are also accepted. Then, it is
necessary to consider the disadvantage case in design when the soil is leached during
construction to have safety conditions.


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
1. Vấn đề thực tiễn và tính cấp thiết của đề tài ................................................................... 1.
2. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................................ 1.
3. Phương pháp nghiên cứu................................................................................................ 1.

4. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài ................................................................. 2.
5. Phạm vi và giới hạn của đề tài ......................................................................................... 2.
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẤT TỰ NHIÊN NHIỄM MẶN
VÀ RỬA MẶN
1.1. Giới thiệu sơ lược về Thành phố Đà Nẵng .................................................................. 3.
1.2. Tổng quan về hố đào ................................................................................................... 4.
1.2.1. Vai trò của hố đào ..................................................................................................... 4.
1.2.2. Đặc điểm của cơng trình hố đào sâu ......................................................................... 4.
1.2.3. Phân loại hố đào ....................................................................................................... 5.
1.2.3.1. Phương thức đào .................................................................................................... 5.
1.2.3.2. Đặc điểm chịu lực của kết cấu ............................................................................... 5.
1.2.3.3. Chức năng kết cấu ................................................................................................. 6.
1.2.4. Phân loại tường vây hố đào thường sử dụng ............................................................ 6.
1.2.4.1. Tường chắn bằng cọc đất trộn xi măng ................................................................. 6.
1.2.4.2. Tường chắn đất bằng cọc khoan nhồi .................................................................... 7.
1.2.4.3. Tường chắn bằng cọc thép hình............................................................................. 7.


1.2.4.4. Tường chắn dạng hàng cọc bản thép ..................................................................... 8.
1.2.4.5. Cọc bản bê tông cốt thép ....................................................................................... 8.
1.2.4.6. Tường vây Barrette ................................................................................................ 9.
1.3. Khái niệm về đất nhiễm mặn và rửa mặn .................................................................. 11.
1.3.1. Nguồn gốc và sự hình thành đất nhiễm mặn .......................................................... 12.
1.3.1.1. Nhiễm mặn tự nhiên ............................................................................................ 12.
1.3.1.2. Nhiễm mặn nhân tạo ............................................................................................ 12.
1.3.2. Phân loại đất nhiễm mặn ........................................................................................ 12.
1.3.3. Ảnh hưởng đất nhiễm mặn đến các chỉ tiêu cơ lý của đất ...................................... 13.
1.3.3.1. Trên thế giới ........................................................................................................ 13.
1.3.3.2. Trong nước .......................................................................................................... 19.

1.4. Nhận xét ..................................................................................................................... 20.
CHƢƠNG 2
LÝ THUYẾT TÍNH TỐN HỐ ĐÀO SÂU
2.1. Tính áp lực đất lên tường chắn .................................................................................. 21.
2.1.1. Lý thuyết Mohr-Rankine ........................................................................................ 21.
2.1.1.1. Áp lực đất chủ động............................................................................................. 21.
2.1.1.2. Áp lực đất bị động ............................................................................................... 22.
2.1.2. Lý thuyết Coulomb ................................................................................................. 22.
2.1.2.1. Áp lực đất chủ động............................................................................................. 23.
2.1.2.2. Áp lực đất bị động ............................................................................................... 26.
2.2. Phương pháp tính kết cấu chắn giữ hố đào................................................................ 27.
2.2. Phương pháp tính kết cấu chắn giữ hố đào (Phương pháp Sachipana - Nhật) .......... 27.


2.3. Tính tốn kiểm tra ổn định đáy hố đào ...................................................................... 30.
2.3.1. Phương pháp Terzaghi – Peck ................................................................................ 30.
2.3.2. Phương pháp Terzaghi cải tiến ............................................................................... 32.
2.3.3. Phương pháp Caquot và Kerisel ............................................................................. 33.
2.3.4. Phương pháp tính chống trồi đáy khi đồng thời xem xét cả c và ........................ 34.
2.4. Kiểm tra ổn định chống chảy thấm của hố đào ......................................................... 35.
2.4.1. Kiểm tra ổn định chống phun trào .......................................................................... 35.
2.4.2. Kiểm tra ổn định chống cột nước có áp .................................................................. 37.
2.5. Kiểm tra ổn định của tường chắn .............................................................................. 39.
2.5.1. Kiểm tra ổn định của đất nền dưới bản móng tường chắn ..................................... 39.
2.5.2. Kiểm tra ổn định trượt phẳng của tường chắn ........................................................ 40.
2.5.3. Kiểm tra ổn định lật của tường chắn ...................................................................... 40.
2.5.4. Kiểm tra ổn định trượt sâu của tường chắn ............................................................ 41.
2.6. Nhận xét ..................................................................................................................... 41.
CHƢƠNG 3
THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ ĐẤT TRONG ĐIỀU KIỆN

ĐẤT TỰ NHIÊN BỊ NHIỄM MẶN VÀ RỬA MẶN
3.1. Công tác lấy mẫu tại hiện trường để xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất trong điều
kiện tự nhiên nhiễm mặn và rửa mặn ............................................................................... 42.
3.2. Thí nghiệm xác định độ mặn ban đầu của mẫu tự nhiên .......................................... 44.
3.2.1. Chọn phương pháp đo độ mặn............................................................................... 44.
3.2.2. Chọn thiết bị đo độ mặn ........................................................................................ 45.
3.3. Thí nghiệm rửa mặn ................................................................................................. 46.
3.3.1. Mơ hình rửa mặn ................................................................................................... 47.


3.3.2. Dụng cụ và trình tự rửa mặn .................................................................................. 47.
3.4. Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý đất tự nhiên nhiễm mặn và rửa mặn............ 49.
3.4.1. Thí nghiệm xác định trọng lượng riêng (γ) của đất tự nhiên nhiễm mặn và rửa mặn
.......................................................................................................................................... 49.
3.4.2. Thí nghiệm xác định độ ẩm (W) của đất tự nhiên nhiễm mặn và rửa mặn ............ 51.
3.4.3. Thí nghiệm cắt trực tiếp của đất tự nhiên nhiễm mặn và rửa mặn ......................... 52.
3.4.4. Thí nghiệm nén cố của đất tự nhiên nhiễm mặn và rửa mặn ................................. 54.
3.5. So sánh các chỉ tiêu cơ lý của đất trong điều kiện tự nhiên và rửa mặn ................... 58.
3.6. Nhận xét ..................................................................................................................... 59.
CHƢƠNG 4
ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH CỦA HỐ ĐÀO SÂU CHO
CƠNG TRÌNH THỰC TẾ
4.1. Giới thiệu về cơng trình ............................................................................................. 60.
4.2. Cấu tạo địa chất ......................................................................................................... 62.
4.3. Mặt cắt địa chất.......................................................................................................... 67.
4.4. Trình tự thi cơng hố đào ............................................................................................ 68.
4.5. Các thơng số đầu vào trong mơ hình Plaxis .............................................................. 68.
4.5.1. Các thông số về đất ................................................................................................. 68.
4.5.2. Các thông số của tường trong đất ........................................................................... 70.
4.5.3. Các thông số của hệ thanh chống ........................................................................... 70.

4.6. Mơ hình bài tốn trong Plaxis đối với đất tự nhiên nhiễm mặn ................................ 71.
4.6.1. Các giai đoạn thi công ............................................................................................ 71.
4.6.2. Mô phỏng và phân tích các giai đoạn thi cơng theo mơ hình Palxis trong điều kiện
đất tự nhiên nhiễm mặn .................................................................................................... 71.


4.7. Mơ hình bài tốn trong Plaxis đối với đất rửa mặn ................................................... 83.
4.7.1. Các giai đoạn thi công ............................................................................................ 83.
4.7.2. Mơ phỏng và phân tích các giai đoạn thi cơng theo mơ hình Palxis trong điều kiện
đất rửa mặn ....................................................................................................................... 83.
4.8. So sánh kết quả chuyển vị ngang của tường vây trong điều kiện đất tự nhiên nhiễm
mặn, rửa mặn và theo số liệu quan trắc ............................................................................ 90.
4.8.1. Giai đoạn đào đợt 1................................................................................................. 90.
4.8.2. Giai đoạn đào đợt 2................................................................................................. 90.
4.8.3. Giai đoạn đào đợt 3................................................................................................. 91.
4.9. Kiểm tra ổn định đáy hố đào ..................................................................................... 92.
4.9.1. Phương pháp Caquot và Kerisel ............................................................................. 92.
4.9.1.1. Đối với đất tự nhiên nhiễm mặn .......................................................................... 92.
4.9.1.2. Đối với đất rửa mặn ............................................................................................. 92.
4.9.2. Phương pháp tính chống trồi đáy khi đồng thời xem xét cả c và  ........................ 93.
4.9.2.1. Đối với đất tự nhiên nhiễm mặn .......................................................................... 93.
4.9.2.2. Đối với đất rửamặn .............................................................................................. 93.
4.10. Kiểm tra ổn định chống phun trào ........................................................................... 95.
4.10.1. Kiểm tra ổn định phun trào đáy hố đào trong điều kiện đất tự nhiên nhiễm mặn 95.
4.10.2. Kiểm tra ổn định phun trào đáy hố đào trong điều kiện đất rửa mặn ................... 96.
4.11. Nhận xét ................................................................................................................... 97.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................... 99.
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 101

DANH SÁCH HÌNH VẼ
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẤT TỰ NHIÊN
NHIỄM MẶN VÀ RỬA MẶN
Hình 1.1: Các cơng trình ven biển TP. Đà Nẵng ............................................................. 3.
Hình 1.2: Tường chắn bằng cọc đất trộn xi măng ........................................................... 6.
Hình 1.3: Tường chắn đất bằng cọc khoan nhồi .............................................................. 7.
Hình 1.4: Tường chắn bằng cọc thép hình ....................................................................... 7.
Hình 1.5: Tường chắn dạng hàng cọc bản thép ..............................................................

8.

Hình 1.6: Tường cọc bản bê tơng cốt thép .....................................................................

8.

Hình 1.7: Minh họa thi cơng tường vây BTCT ............................................................... 10.
Hình 1.8: Hố đào ổn định bằng tường vây và hệ chống ...............................................

11.

Hình 1.9: Sự thay đổi của độ ẩm W, WL và WP theo nồng độ muối .........................

13.

Hình 1.10: Sự thay đổi tỉ số (c/p) hay (Su/p) theo chỉ số dẻo IP [13] ............................. 14.
Hình 1.11: Kết quả thí nghiệm đất sét trầm tích mẫu tự nhiên và mẫu lọc .................... 16.
Hình 1.12: Quan hệ giữa độ nhạy và hàm lượng muối trong đất sét biển NaUy ........... 16.
Hình 1.13: Sơ đồ - thiết bị nén lún cải tiến .................................................................. 16.
Hình 1.14. Kết quả thí nghiệm nén lún cho 2 trường hợp thí nghiệm trên thiết bị
thơng thường và thiết bị cải tiến ..................................................................................... 17.

Hình 1.15: Mơ hình - thiết bị lọc mẫu ............................................................................ 17.
Hình 1.16: Đồ thị đường cong nén lún e – logp cho mẫu trước và sau lọc .................... 18.
Hình 1.27: Khảo sát sự biến thiên của hệ số rỗng trước và sau khi lọc ......................... 18.

CHƢƠNG 2: LÝ THUYẾT TÍNH TỐN HỐ ĐÀO SÂU
Hình 2.1 : Cân bằng Mohr-Rankine (chủ động) .............................................................21.


Hình 2.2 : Cân bằng Mohr-Rankine (bị động) .................................................................21.
Hình 2.3: Tính tốn áp lực đất chủ động theo Coulomb .................................................23.
Hình 2.4: Sơ đồ tính tốn chính xác lực trong thanh chống theo Sachipana ...................28.
Hình 2.5: Sơ đồ tính tốn gần đúng lực trong thanh chống theo Sachipana ...................29.
Hình 2.6: Sơ đồ tính chống trồi đáy hố đào theo phương pháp Terzaghi – Peck ............31.
Hình 2.7: Sơ đồ tính chống trồi đáy hố đào theo phương pháp Terzaghi cải tiến ...........32.
Hình 2.8: Sơ đồ tính tốn chống trồi mặt đáy hố đào theo Caquot - Kerisel ..................33.
Hình 2.9: Sơ đồ tính toán chống trồi đồng thời xét cả c và  ..........................................34.
Hình 2.10: Sơ đồ kiểm tra chống phun trào .....................................................................36.
Hình 2.11: Sơ đồ kiểm tra chống phun trào đáy hố ........................................................37.
Hình 2.12: Trồi đáy do nước có áp gây ra ......................................................................38.

CHƢƠNG 3: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ ĐẤT TRONG
ĐIỀU KIỆN ĐẤT TỰ NHIÊN BỊ NHIỄM MẶN VÀ RỬA MẶN
Hình 3.1: Vị trí và độ sâu lấy mẫu ................................................................................... 43.
Hình 3.2. Các mẫu đất lấy tại hiện trường để thí nghiệm trong phịng. ........................... 44.
Hình 3.3: Các mẫu tiến hành đo độ mặn ban đầu ............................................................ 44.
Hình 3.4: Thiết bị đo độ mặn CPC-401............................................................................ 45.
Hình 3.5: Xác định độ mặn của đất tự nhiên bị nhiễm mặn ............................................ 46.
Hình 3.6: Mơ hình rửa mặn (lọc muối) ........................................................................... 47.
Hình 3.7: Dụng cụ rửa mặn trong phịng ......................................................................... 47.
Hình 3.8a, 3.8b: Thí nghiệm lọc muối mẫu cát pha, sét pha ............................................48.

Hình 3.9: Tiến hành đo độ mặn của mẫu sau khi rửa mặn ...............................................48.
Hình 3.10: Cân điện tử xác định trọng lượng dao vịng ...................................................49.
Hình 3.11: Thí nghiệm xác định độ ẩm ............................................................................51.
Hình 3.12: Thí nghiệm cắt trực tiếp ............................................................................ ....53.
Hình 3.13: Thí nghiệm nén cố kết ....................................................................................55.


CHƢƠNG 4:ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH CỦA HỐ ĐÀO
SÂU CHO CƠNG TRÌNH THỰC TẾ
Hình 4.1: Mặt bằng hố đào cơng trình ................................................................. ...........60.
Hình 4.2a: Mặt bằng hố đào và vị trí các hố khoan ............................................... .........61.
Hình 4.2b: Mặt cắt hố đào ...................................................................................... ........61.
Hình 4.3: Mặt cắt địa chất ..................................................................................... .........67.
Hình 4.4: Hố đào trong điều kiện đất tự nhiên nhiễm mặn .............................................. 71.
Hình 4.5: Thi cơng tường Barrette 800mm ...................................................................... 72.
Hình 4.6: Đào đất đến đơ sâu -3.5m ................................................................................. 72.
Hình 4.7: Dịng thấm khi hạ mực nước ngầm tại độ sâu -4m .......................................... 72.
Hình 4.8: Chuyển vị tường và đất ở giai đoạn đào lớp 1 ................................................. 73.
Hình 4.9: Biểu đồ chuyển vị ngang của tường ................................................................. 73.
Hình 4.10: Biểu moment uốn của tường .......................................................................... 73.
Hình 4.11: Biểu đồ lực cắt của tường ............................................................................... 73.
Hình 4.12: Biểu đồ chuyển vị ngang ở giai đoạn 1 .......................................................... 74.
Hình 4:13: Kích hệ chống I350x350 tại độ sâu -3m ........................................................ 74.
Hình 4.14 : Chuyển vị tường và đất ở giai đoạn kích thanh chống .................................. 74.
Hình 4.15: Nội lực trong thanh chống .............................................................................. 75.
Hình 4.16: Biểu đồ chuyển vị ngang của tường ............................................................... 75.
Hình 4.17: Biểu moment uốn của tường .......................................................................... 75.
Hình 4.18: Biểu đồ lực cắt của tường ............................................................................... 75.
Hình 4.19: Đào đất đến độ sâu -7.0m ............................................................................... 76.
Hình 4.20: Dịng thấm khi hạ mực nước ngầm ................................................................ 76.

Hình 4.21: Chuyển vị tường ở giai đoạn đào lớp ............................................................. 76.
Hình 4.22: Biểu đồ chuyển vị ngang của tường ............................................................... 77.


Hình 4.23: Biểu moment uốn của tường .......................................................................... 77.
Hình 4.24: Biểu đồ lực cắt của tường ............................................................................... 77.
Hình 4.25: Biểu đồ chuyển vị ngang ở giai đoạn 2 .......................................................... 77.
Hình 4.26: Kích hệ chống I400x400 tại độ sâu -6.5 ......................................................... 78.
Hình 4.27: Chuyển vị tường và đất ở giai đoạn kích thanh chống I400x400 ở độ sâu -6.5m
.......................................................................................................................................... 78.
Hình 4.28: Nội lực trong thanh chống I 400x400 ở độ sâu -6.5 ....................................... 78.
Hình 4.29: Biểu đồ chuyển vị ngang của tường ............................................................... 79.
Hình 4.30: Biểu moment uốn của tường .......................................................................... 79.
Hình 4.31: Biểu đồ lực cắt của tường ............................................................................... 79.
Hình 4.32: Đào đất đến độ sâu -10.0m ............................................................................. 80.
Hình 4.33: Dòng thấm khi hạ mực nước ngầm tại độ sâu -10.5m .................................. 80.
Hình 4.34: Chuyển vị tường và đất ở giai đoạn đào lớp 3 ở độ sâu -10.0m..................... 80.
Hình 4.35: Biểu đồ chuyển vị ngang của tường ............................................................... 81.
Hình 4.36: Biểu moment uốn của tường .......................................................................... 81.
Hình 4.37: Biểu đồ lực cắt của tường ............................................................................... 81.
Hình 4.38: Biểu đồ chuyển vị ngang ở giai đoạn 3 .......................................................... 81.
Hình 4.39: Hệ số an toàn khi đào đất đến độ sâu -3.5m ................................................... 82.
Hình 4.40: Hệ số an tồn khi đào đất đến độ sâu -7m ...................................................... 82.
Hình 4.41: Hệ số an toàn khi đào đất đến độ sâu -10m .................................................... 82.
Hình 4.42: Chuyển vị của tường qua các giai đoạn.......................................................... 82.
Hình 4.43: Hố đào trong điều kiện đất bị rửa mặn ........................................................... 83.
Hình 4.44: Biểu đồ chuyển vị ngang của tường ............................................................... 84.
Hình 4.45: Biểu moment uốn của tường .......................................................................... 84.

Hình 4.46: Biểu đồ lực cắt của tường ............................................................................... 84.
Hình 4.47: Biểu đồ chuyển vị ngang ở giai đoạn 1 .......................................................... 84.
Hình 4.48: Chuyển vị tường và đất ở giai đoạn kích thanh chống I350x350 ở độ sâu -3.0m
.......................................................................................................................................... 85.
Hình 4.49: Nội lực trong thanh chống .............................................................................. 85.
Hình 4.50: Dịng thấm khi hạ mực nước ngầm tại độ sâu -7.5m ..................................... 85.
Hình 4.51: Biểu đồ chuyển vị ngang của tường ............................................................... 86.
Hình 4.52: Biểu moment uốn của tường .......................................................................... 86.
Hình 4.53: Biểu đồ lực cắt của tường ............................................................................... 86.
.
Hình 4.54: Biểu đồ chuyển vị ngang ở giai đoạn 2- đào đất đến độ sâu -7m .................. 86.
Hình 4.55: Chuyển vị tường và đất ở giai đoạn kích thanh chống I350x350 ở độ sâu -3.0m
.......................................................................................................................................... 87.
Hình 4.56: Nội lực trong thanh chống ............................................................................. 87.
Hình 4.57: Dịng thấm khi hạ mực nước ngầm tại độ sâu -10.5m ................................... 87.
Hình 4.58: Dịng thấm khi hạ mực nước ngầm tại độ sâu -7.5m ..................................... 88.
Hình 4.59: Biểu đồ chuyển vị ngang của tường ............................................................... 88.
Hình 4.60: Biểu moment uốn của tường .......................................................................... 88.
Hình 4.61: Biểu đồ lực cắt của tường ............................................................................... 88.
Hình 4.62: Hệ số an toàn khi đào đất đến độ sâu -3.5m ................................................... 88.
Hình 4.63: Hệ số an tồn khi đào đất đến độ sâu -7m ...................................................... 89.
Hình 4.64: Hệ số an tồn khi đào đất đến độ sâu -10m .................................................... 89.
Hình 4.65: Chuyển vị của tường qua các giai đoạn.......................................................... 89.
Hình 4.66: Biểu đồ chuyển vị của tường vây trong giai đoạn 1 ....................................... 90.


Hình 4.67: Biểu đồ chuyển vị của tường vây trong giai đoạn 2 ....................................... 90.
Hình 4.68: Biểu đồ chuyển vị của tường vây trong giai đoạn 3 ....................................... 90.
Hình 4.69: Mơ hình tính tốn kiểm tra đáy hố đào trong điều kiện đất tự nhiên ............ 95.
Hình 4.70: Mơ hình tính tốn kiểm tra đáy hố đào trong điều kiện đất rửa mặn ............. 96.

DANH SÁCH BẢNG BIỂU
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẤT TỰ NHIÊN
NHIỄM MẶN VÀ RỬA MẶN
Bảng 1.1. Sự thay đổi đặc trưng cơ lý của mẫu đã lọc và mẫu không lọc ..................... 14.
Bảng 1.2. Bảng tóm tắt kết quả thí nghiệm nén lún cho 2 trường hợp thí nghiệm trên thiết
bị thơng thường và thiết bị cải tiến. .................................................................................. 16.
Bảng 1.3. Bảng tổng kết đặc trưng nén lún của mẫu trước và sau lọc ........................... 18.
Bảng 1.4. Kết quả tổng hợp W, WL, WP, IP, IL ................................................................. 19.
Bảng 1.5. Kết quả tổng kết dung trọng riêng γ, dung trọng riêng khô γk ........................ 20.
Bảng 1.6. Kết quả tổng hợp thí nghiệm cắt trực tiếp mẫu -16m và -18M........................ 20.
CHƢƠNG 2: LÝ THUYẾT TÍNH TỐN HỐ ĐÀO SÂU
Bảng 2.1 – Bảng tra góc ma sát ngồi  ........................................................................... 25.
CHƢƠNG 3: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ ĐẤT TRONG
ĐIỀU KIỆN ĐẤT TỰ NHIÊN BỊ NHIỄM MẶN VÀ RỬA MẶN
Bảng 3.1. Bảng so sánh các thông số mẫu cát pha trong điều kiện tự nhiên và rửa mặn
.......................................................................................................................................... 58.
Bảng 3.2. Bảng so sánh các thông số mẫu sét pha trong điều kiện tự nhiên và rửa mặn . 59.
CHƢƠNG 4:ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH CỦA HỐ ĐÀO
SÂU CHO CƠNG TRÌNH THỰC TẾ
Bảng 4.1. Các thông số về đất tự nhiên nhiễm mặn ......................................................... 69.
Bảng 4.2. Các thông số đất sau khi rửa mặn .................................................................... 69.


1

MỞ ĐẦU
1. Vấn đề thực tiễn và tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, nhu cầu về việc sử dụng không gian ngầm nhƣ tầng hầm kỹ thuật hoặc dịch

vụ dƣới các nhà cao tầng, bãi đậu xe ngầm, hệ thống giao thông ngầm, hệ thống xử lý nƣớc
thải…, ngày càng gia tăng trong các khu đô thị và ngày càng mở rộng ra các khu lân cận
khác đặc biệt là các khu vực đất bị nhiễm mặn ở khu vực ven biển miền Trung Đà Nẵng, khi
mực nƣớc biển thay đổi khi dâng cao và hạ xuống theo mùa và thủy triều, dẫn đến mức
nƣớc ngầm cũng thay đổi. Ở miền Trung, địa hình có núi và biển xen kẽ, nên khi mực nƣớc
dâng cao đất bị nhiễm mặn, và mực nƣớc hạ xuống đất bị rửa mặn. Thêm vào đó, áp lực từ
nƣớc ở các vùng núi chảy xuống tạo nên quá trình lọc muối tự nhiên. Trong quá trình rửa
mặn sẽ làm thay đổi các chỉ tiêu cơ lý của đất, sẽ làm thay đổi đến chuyển vị của hố đào.
Từ đó việc so sánh ứng xử của đất và tƣờng trong môi trƣờng đất bị nhiễm mặn và đất bị
rửa mặn cần đƣợc xem xét, trong đó cần xác định giới hạn chuyển vị của tƣờng chắn và độ
lún bề mặt để đảm bảo cho các cơng trình xung quanh hay dự đốn đƣợc tƣơng lai của
cơng trình.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu ổn định, chuyển vị của hố đào sâu trong môi trƣờng đất tự nhiên bị nhiễm
mặn và rửa mặn gồm các mục tiêu sau đây:
- Thí nghiệm xác định độ mặn của vùng đất ven biển Thành Phố Đà Nẵng.
- So sánh thông số các chỉ tiêu cơ học của đất trong điều kiện đất tự nhiên bị nhiễm mặn và
rửa mặn.
- So sánh chuyển vị của tƣờng bằng phần mềm Plaxis theo mơ hình Hardening Soil
trong điều kiện đất tự nhiên bị nhiễm mặn, rửa mặn và theo số liệu quan trắc.
- So sánh kiểm tra điều kiện bùng đáy hố đào theo giải tích và mơ phỏng.
3. Phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu cở sở lý thuyết tính tốn áp lực đất lên tƣờng chắn, nội lực tác dụng lên


2

thanh chống, bùng đáy hố đào, thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý đất trong phòng cho
đất tự nhiên bị nhiễm mặn và đất rửa mặn. Sử dụng phần mềm Plaxis để mơ phỏng tính
tốn theo mơ hình Hardening Soil và so sánh với số liệu quan trắc thực tế

4. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài
Hiện nay ở các thành phố lớn, các nhà cao tầng thƣờng phải xây chen, khi thiết kế và
thi cơng các tầng hầm cho các cơng trình cần phải có giải pháp lựa chọn các loại và thơng
số về tƣờng chắn và cơ sở tính tốn ổn định hố đào sâu hợp lý để không những ổn định cho
cơng trình đang tính tốn trong điều kiện đất tự nhiên bị nhiễm mặn và rửa mặn mà còn
phải ổn định cho các cơng trình lân cận.
5. Phạm vi và giới hạn của đề tài
Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài không đi sâu vào nghiên cứu lý thuyết đất nhiễm
mặn và rửa mặn mà chỉ tiến hành thí nghiệm để xác định sự thay đổi các chỉ tiêu cơ lý
của đất trong điều kiện đất tự nhiên bị nhiễm mặn và đất sau khi rửa mặn. Trong thời gian
có hạn, tác giả chỉ nghiên cứu loại đất ở ven biển thành phố Đà Nẵng (giả định đất đƣợc
rửa mặn hoàn toàn thiên về an toàn).


3

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU TRONG ĐIỀU KIỆN
ĐẤT TỰ NHIÊN NHIỄM MẶN VÀ RỬA MẶN
1.1 . Giới thiệu sơ lƣợc về Thành Phố Đà Nẵng
Những năm gần đây, thành phố Đà Nẵng đang đi đầu trong cả nƣớc về việc thu hút
các nhà đầu tƣ. Trong đó, Tp.Đà Nẵng cũng khuyến khích các chủ đầu tƣ xây dựng các
tầng hầm tại các nhà cao tầng nhƣ chung cƣ, khách sạn, cao ốc văn phịng… Những tầng
hầm này khơng những đáp ứng đƣợc nhu cầu đầu xe trong tòa nhà mà cịn cho các xe
ngồi tịa nhà, góp phần giải quyết bài toán về đậu xe cho thành phố, làm cho thành phố
ngày càng văn minh và hiện đại.
Theo chủ trƣơng của thành phố, các cơng trình dọc theo bờ biển Đà Nẵng cũng
thiết kế tăng lên số lƣợng hai, ba tầng hầm. Đặc biệt, cơng trình này nằm ở vị trí gần biển,
nên mực nƣớc biển ln thay đổi theo thủy triều, mực nƣớc thủy triều cao nhất là -1.0m
và thấp nhất là -5.0m. Vì vậy, khi mực nƣớc biển thay đổi thì lƣợng muối trong đất cũng

thay đổi theo.

Hình 1.1. Các cơng trình ven biển TP. Đà Nẵng


4

Chính vì đặc điểm này, nên tác giả chọn cơng trình này để nghiên cứu với tên đề tài là
“Phân tích ổn định hố đào sâu cho cơng trình ven biển ở Tp. Đà Nẵng” để đánh giá ứng
xử của đất và tƣờng vây khi lƣợng muối trong đất thay đổi.
1.2 . Tổng quan về hố đào
1.2.1. Vai trò của hố đào
Ngày nay, tại các thành phố lớn do quỹ đất ngày càng thu hẹp, giá đất ngày càng tăng
cao nên con ngƣời có xu hƣớng khai thác tối đa phần khơng gian dƣới mặt đất cơng trình
với nhiều mục đích khác nhau: dây chuyền cơng nghệ các ngành cơng nghiệp nặng (luyện
kim, vật liệu xây dựng…), các cơng trình thủy lợi (các trạm bơm, các cơng trình thủy lợi,
thủy điện…), các cơng trình giao thơng (ga, hầm, đƣờng tàu điện ngầm…), các cơng trình
dân dụng (bãi đậu xe, tầng hầm kỹ thuật…).
1.2.2. Đặc điểm của cơng trình hố đào sâu
Cơng trình hố đào sâu là loại cơng trình đƣợc thiết kế và thi công rất khác biệt nhau
về quy mô trên diện rộng và chiều sâu hố đào, đồng thời cịn phụ thuộc vào tình hình địa
chất khu vực, đặc biệt là các cơng trình ven biển bị nhiễm mặn trong điều kiện mực
nƣớc biển dâng lên và hạ xuống. Cơng trình hố đào sâu đang phát triển theo xu hƣớng
độ sâu lớn, diện tích rộng, quy mơ cơng trình cũng ngày càng tăng lên.
Theo đà phát triển cải tạo các thành phố cũ, các cơng trình cao tầng thƣờng tập trung
ở những khu đất nhỏ hẹp, mật độ xây dựng lớn. Yêu cầu đối với việc ổn định và khống chế
chuyển dịch rất là nghiêm ngặt. Đào hố móng trong điều kiện địa chất phức tạp, mực nƣớc
ngầm cao và các điều kiện hiện trƣờng phức tạp khác rất dễ sinh ra trƣợt lở khối đất, mất
ổn định hố móng, thân cọc bị chuyển dịch vị trí, đáy hố trồi lên, kết cấu chắn giữ bị hƣ hại
nghiêm trọng hoặc bị chảy đất… làm hƣ hại hố móng, ảnh hƣởng đến các cơng trình xây

dựng lân cận, các cơng trình ngầm và đƣờng ống xung quanh.
Cơng trình hố đào sâu bao gồm nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau nhƣ chắn đất,
chống giữ, ngăn nƣớc, hạ mực nƣớc, đào đất… trong đó, một khâu nào đó thất bại sẽ
dẫn đến cả cơng trình bị đổ vỡ. Việc thi cơng hố móng ở các hiện trƣờng lân cận nhƣ đóng
cọc, hạ nƣớc ngầm, đào đất,… đều có thể sinh ra những ảnh hƣởng hoặc khống chế lẫn nhau,


5

tăng thêm các nhân tố để có thể gây ra sự cố.
Cơng trình hố móng có giá thành rất cao, nên việc tính tốn thi cơng phải đƣợc quan
tâm đúng mức, nếu bất cẩn để xảy ra sự cố thì việc xử lý rất khó khăn, đồng thời gây ra
tổn thất lớn về kinh tế và ảnh hƣởng nghiêm trọng về mặt xã hội.
1.2.3. Phân loại hố đào
1.2.3.1. Phƣơng thức đào
Ngƣời ta chia hố đào sâu thành hai loại:
-

Đào không có chắn giữ: đƣợc sử dụng khi hạ mực nƣớc ngầm, đào đất, gia cố nền và

giữ mái dốc.
-

Đào có chắn giữ: đƣợc sử dụng cho các kết cấu quay giữ, hệ thống chắn giữ, gia cố

nền, quan trắc…
1.2.3.2. Đặc điểm chịu lực của kết cấu
Ngƣời ta chia hố đào sâu thành hai loại:
-

Kết cấu chắn giữ áp lực chủ động: có vai trị chịu tác dụng của phần áp lực chủ động

tác dụng lên kết cấu thành hố đào, bao gồm các kết cấu phun neo để chắn giữ, tƣờng bằng
đinh đất để chắn giữ.
-

Kết cấu chắn giữ áp lực đất bị động: có vai trị chịu tác dụng của phần áp lực bị động

tác động lên kết cấu thành hố đào, bao gồm: cọc, bản, ống, tƣờng và chống.
1.2.3.3. Chức năng kết cấu
Ngƣời ta chia kết cấu chắn giữ thành 2 loại:
-

Bộ phận chắn đất:

+ Kết cấu chắn đất, thấm nƣớc: cọc thép chữ H, I có bản cài, cọc nhồi đặt thƣa trát xi
măng lƣới thép, cọc đặt dầy, cọc hai hàng chắn đất, cọc nhồi kiểu liên vòm, chắn giữ
bằng đinh đất, tƣờng vây barrette…


6

+ Kết cấu chắn đất, ngăn nƣớc: tƣờng liên tục trong đất, cọc, tƣờng trộn xi măng đất
dƣới tầng sâu, giữa cọc đặt dày có bố trí thêm cọc xi măng hay cọc trộn hóa chất, tƣờng
vịm cuốn khép kín…
-

Bộ phận chắn giữ kiểu kéo giữ: gồm kiểu tự đứng, thanh neo, thép hình chống đỡ,

chống chéo, hệ dầm vịng chống đỡ…

1.2.4. Phân loại tƣờng vây hố đào thƣờng sử dụng
1.2.4.1. Tƣờng chắn bằng cọc đất trộn xi măng
Tƣờng chắn bằng cọc đất trộn xi măng: trộn đất với xi măng thành cọc xi măng (dạng
dung dịch hay dạng bột), sau khi đóng rắn sẽ thành tƣờng chắn có dạng bản liền khối đạt
cƣờng độ nhất định - dùng cho loại hố đào có độ sâu từ 3-6m.

Hình 1.2: Tƣờng chắn bằng cọc đất trộn xi măng
1.2.4.2. Tƣờng chắn đất bằng cọc khoan nhồi
Tƣờng chắn đất bằng cọc khoan nhồi có đƣờng kính từ 0.6-1m, cọc dài 15-30m, làm
thành tƣờng chắn theo kiểu hàng cọc, đỉnh cọc cũng đƣợc cố định bằng dầm vịng bằng
bê tơng cốt thép - dùng cho hố đào có độ sâu từ 6-13m.


7

Hình 1.3: Tƣờng chắn đất bằng cọc khoan nhồi
1.2.4.3. Tƣờng chắn bằng cọc thép hình
Tƣờng chắn bằng cọc thép hình: các cọc thép hình thƣờng là I hay H đƣợc hạ vào
trong đất liền sát nhau bằng búa đóng hay rung tạo thành tƣờng chắn kiểu hàng cọc, trên
đỉnh đƣợc giằng bằng thép hình - dùng cho hố đào có độ sâu 6-13m.

Hình 1.4: Tƣờng chắn bằng cọc thép hình
1.2.4.4. Tƣờng chắn dạng hàng cọc bản thép
Tƣờng chắn bằng cọc bản thép: dùng máng thép sấp ngửa móc vào nhau hay cọc bản
thép khóa miệng bằng thép hình có mặt cắt chữ U và Z, đƣợc hạ vào đất bằng cách đóng
hay rung - dùng cho loại hố đào có độ sâu từ 3-10m.