Phân tích tác dụng của hệ tường băng (cắt) ngang trong hố đào sâu

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

NGUYỄN QUANG SƠN

PHÂN TÍCH TÁC DỤNG CỦA HỆ TƯỜNG BĂNG (CẮT)
NGANG TRONG HỐ ĐÀO SÂU

CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
MÃ SỐ

: 60.58.60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2013


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

NGUYỄN QUANG SƠN

PHÂN TÍCH TÁC DỤNG CỦA HỆ TƯỜNG BĂNG (CẮT)
NGANG TRONG HỐ ĐÀO SÂU

CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
MÃ SỐ

: 60.58.60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2013


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS. CHÂU NGỌC ẨN

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. LÊ VĂN PHA

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. VÕ NGỌC HÀ

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG
TP. Hồ Chí Minh ngày 29 tháng 08 năm 2013
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ:
1 GS.TS. TRẦN THỊ THANH
2 PGS.TS. CHÂU NGỌC ẨN
3 TS. LÊ VĂN PHA
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 (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

GS.TS. TRẦN THỊ THANH

TRƯỞNG KHOA

TS. NGUYỄN MINH TÂM


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHỊNG ĐÀO TẠO SĐH

Đợc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên

Phái

: Nam

Ngày tháng năm sinh : 10/01/1986

Nơi sinh

: Bình Định

Chun ngành

Mã sớ ngành

: 60.58.60

I.

: NGUYỄN QUANG SƠN

: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng

TÊN ĐỀ TÀI:

Phân tích tác dụng của hệ tường băng (cắt) ngang trong hố đào sâu.
II.

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
1. TỔNG QUAN : Đặc điểm chuyển vị của tường vây và sự cần thiết của hệ tường băng
(cắt) ngang ; biện pháp này đã áp dụng ở đâu.
2. LÝ THUYẾT : Tính tốn hoạt động của hệ tường băng ngang giúp ổn định hớ đào.
3. MƠ PHỎNG PHÂN TÍCH : Phân tích bài tốn bằng phần mềm Plaxis (theo số liệu bài
báo tham khảo).
4. KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/01/2013
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/06/2013
V.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. CHÂU NGỌC ẨN
Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 20....

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

PGS.TS. CHÂU NGỌC ẨN

PGS.TS VÕ PHÁN
TRƯỞNG KHOA


i

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian tham gia khóa học đào tạo thạc sỹ chuyên ngành Địa kỹ
thuật xây dựng, tác giả đã tiếp thu được những kiến thức bổ ích phục vụ cho cơng
việc của mình. Tác giả xin chân thành gửi lời biết ơn đến quý thầy cô trong bộ mơn
Địa cơ – Nền móng đã nhiệt tình giảng dạy cho mình trong thời gian qua.
Đặc biệt tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy Châu Ngọc Ẩn đã giúp đỡ tác giả
rất nhiều trong việc định hướng và hướng dẫn thực hiện luận văn này.
Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn đến các bạn trong lớp Địa kỹ thuật xây
dựng khóa 2011 đã hỗ trợ mình rất nhiều trong quá trình học tập.
Xin chân thành cảm ơn!
TP.HCM, ngày 21 tháng 6 năm 2013
Học viên thực hiện
NGUYỄN QUANG SƠN


ii

TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHÂN TÍCH TÁC DỤNG CỦA HỆ TƯỜNG BĂNG (CẮT) NGANG
TRONG HỐ ĐÀO SÂU
TÓM TẮT: Đề tài luận văn tập trung phân tích đánh giá tác dụng hệ tường

băng (cắt) ngang trong hố đào sâu. Dựa trên kết quả quan trắc tác đã giả mô phỏng
hố đào sâu có xây dựng hệ tường băng (cắt) ngang bằng phần mềm Plaxis 2D và sau
đó so sánh kết quả chuyển vị ngang của tường vây với mơ hình hố đào khơng có xây
dựng hệ tường băng (cắt) ngang. Kết quả là chuyển vị ngang của tường vây khi có hệ
tường băng (cắt) ngang nhỏ hơn khi khơng có hệ tường này. Chuyển vị của tường vây
nhỏ nhất tại vị trí xây dựng tường băng (cắt) ngang và tăng dần khi tăng khoảng cách
tính từ tường băng (cắt) ngang tới vị trí chính giữa hai tường này. Tác dụng làm giảm
chuyển vị ngang tường vây của hệ tường băng ngang còn phụ thuộc vào chiều sâu và
khoảng cách bố trí hệ tường này.

ANALYSIS OF EFFECT OF CROSS WALLS IN DEEP EXCAVATION
ABSTRACT: The thesis focuses on evaluating the effect of cross walls in deep
excavation. Based on the results of observation, the author simulated an excavation
with cross walls by Plaxis 2D software and then made a comparision of diaphragm
wall deflection with no cross walls case. As a result, the lateral diaphragm wall
deflection of installed cross walls case was smaller than without cross walls case. The
deflection of diaphragm wall was smallest at the location of the cross wall installed
and then increased with the increasing distance from the cross wall, up to the midpoint
between two cross walls. The effect of cross walls in reducing the letaral wall
deflection was also dependent on the depth of cross walls and the cross wall interval.


iii

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ LUẬN VĂN
Tôi xin cam đoan: Bản Luận văn tốt nghiệp này là cơng trình nghiên cứu thực
sự của cá nhân tôi, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, kiến thức, số liệu
đo đạc thực tiễn và dưới sự hướng dẫn của:
PGS.TS. Châu Ngọc Ẩn
Các số liệu, mơ hình tính tốn và những kết quả trong Luận văn là hoàn toàn

trung thực. Nội dung của bản Luận văn này hoàn toàn tuân theo nội dung của đề
cương Luận văn đã được Hội đồng đánh giá đề cương Luận văn Cao học ngành Địa
Kỹ Thuật Xây Dựng, Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng thông qua.
Một lần nữa, tôi xin khẳng định về sự trung thực của lời cam đoan trên.


iv

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. I
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ............................................................................ II
LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ LUẬN VĂN ..................................................... III
DANH MỤC HÌNH VẼ .......................................................................................... VII
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................XIV
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU ............................................................................... XV
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
NỘI DUNG .................................................................................................................3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ......................................3
1.1 Giới thiệu về hệ tường băng ngang (cross walls)..................................................3
1.2 Vấn đề nghiên cứu.................................................................................................6
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...........................................................................7
2.1 Lý thuyết tính tường chắn theo tốn theo bài tốn phân tích biến dạng phẳng khi
có hệ tường băng ngang [1]......................................................................................... 7
2.2 Lý thuyết áp lực đất chủ động, bị động ............................................................... 11
2.2.1 Phân loại áp lực ngang của đất .........................................................................11
2.2.2 Lý thuyết Mohr-Rankine ..................................................................................12
2.2.2.1 Đối với đất rời (c = 0) ...................................................................................12
2.2.2.2 Đối với đất dính (c ≠ 0) .................................................................................14
2.2.3 Lý thuyết Coulomb .......................................................................................... 16
2.2.3.1 Áp lực chủ động: ........................................................................................... 16

2.2.3.2 Áp lực bị động .............................................................................................. 19
2.3 Áp lực đất lên tường vây hố đào .........................................................................22


v

2.3.1 Trong đất cát ....................................................................................................22
2.3.2 Trong đất sét yếu và vừa ..................................................................................23
2.3.3 Trong đất sét cứng ............................................................................................ 24
2.3.4 Những hạn chế về các biểu đồ bao áp lực ........................................................ 25
2.3.5 Trong đất nhiều lớp .......................................................................................... 25
2.3.6 Biểu đồ áp lực theo TSCHEBOTARIOFF ...................................................... 26
2.4 Cơ học đất tới hạn ............................................................................................... 27
2.4.1 Nén một trục .....................................................................................................28
2.4.2 Nén 3 trục UU ..................................................................................................29
2.4.3 Lộ trình ứng suất .............................................................................................. 30
2.4.3.1 Hệ trục s-t của Lambe ...................................................................................33
2.4.3.2 Hệ trục của Roscoe và cộng sự (1958).......................................................... 34
2.5 Mơ hình đất nền ..................................................................................................34
2.5.1 Lý thuyết đàn hồi – dẻo áp dụng trong phần mềm Plaxis ................................ 34
2.5.2 Những mơ hình đất cơ bản ...............................................................................36
CHƯƠNG 3: MƠ PHỎNG PHÂN TÍCH .................................................................38
3.1 Giới thiệu cơng trình [1] [2] [3] ..........................................................................38
3.2 Điều kiện địa chất................................................................................................ 39
3.3 Quy trình thi cơng hố móng ................................................................................41
3.4 Kết quả quan trắc ................................................................................................ 42
3.5 Mơ phỏng bằng Plaxis 2D ...................................................................................45
3.5.1 Thông số đất nền .............................................................................................. 46
3.5.2 Thơng số mơ hình của tường vây, sàn hầm, thanh chống, tường băng ngang .49
3.5.3 Phụ tải bề mặt ...................................................................................................51

vi

3.6 Kết quả và phân tích ............................................................................................ 52
3.6.1 Khảo sát tại vị trí SI-8 ...................................................................................... 53
3.6.2 Khảo sát tại vị trí SO-1..................................................................................... 62
3.6.3 Khảo sát chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây tại các điểm khác nhau giữa
hai tường băng ngang ................................................................................................ 69
3.7 Thay đổi thông số chiều sâu tường băng ngang và khảo sát mơ hình hố đào.....70
3.7.1 Khảo sát tại vị trí SI-8 ...................................................................................... 71
3.7.2 Khảo sát tại vị trí SO-1..................................................................................... 78
3.7.3 Khảo sát chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây tại các điểm khác nhau giữa
hai tường băng ngang ................................................................................................ 85
3.8 Thay đổi thông số khoảng cách giữa hai tường băng ngang và khảo sát mơ hình
hố đào ........................................................................................................................ 86
3.8.1 Khảo sát tại vị trí xây dựng tường băng ngang (d/L’= 0) ................................ 88
3.8.2 Khảo sát tại vị trí chính giữa hai tường băng ngang (d/L’=0.5) ...................... 95
3.8.3 Khảo sát chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây tại các điểm khác nhau giữa
hai tường băng ngang .............................................................................................. 102
KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TƯƠNG LAI ...............104
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 105
LÝ LỊCH KHOA HỌC ........................................................................................... 106


vii

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Hệ tường băng ngang chỉ thi cơng phần dưới mặt đáy hố đào ....................3
Hình 1.2 Hệ tường băng ngang thi công cả phần trên và dưới mặt đáy hố đào..........3

Hình 1.3 Liên kết kiểu chữ T giữa tường băng ngang và tường chắn ........................ 4
Hình 1.4 Liên kết kiểu xây tách biệt giữa tường băng ngang và tường chắn .............5
Hình 1.5 Liên nhờ vữa áp lực cao giữa tường băng ngang và tường chắn .................5
Hình 1.6 Liên kết nhờ tấm ngăn cách giữa tường băng ngang và tường chắn ...........6

Hình 2.1 Mặt bằng thể hiện chuyển vị ngang của tường vây khi có và khơng có hệ
tường băng ngang ........................................................................................................7
Hình 2.2 Sơ đồ tính tường chắn với hệ tường băng ngang .........................................8
Hình 2.3 Sơ đồ tính tường chắn tương đương với các lị xo .......................................8
Hình 2.4 Sự thay đổi áp lực ngang của đất theo độ dịch chuyển của tường chắn ....12
Hình 2.5 Các trạng thái cân bằng giới hạn dẻo của Rankine ....................................13
Hình 2.6 Vòng tròn Mohr cho áp lực chủ động trong đất dính.................................15
Hình 2.7 Lý thuyết nêm của Coulomb ......................................................................17
Hình 2.8 Áp lực bị động trong điều kiện thốt nước ................................................21
Hình 2.9 Áp lực phân bố lên tường vây trong cát theo Peck (1969) ........................ 23
Hình 2.10 Áp lực phân bố lên tường vây trong sét yếu và vừa theo Peck (1969) ....24
Hình 2.11 Áp lực phân bố lên tường vây trong sét cứng theo Peck (1969) ..............24
Hình 2.12 Hố đào qua địa chất nhiều lớp đất ............................................................ 26
Hình 2.13 Biểu đồ áp lực theo Tschebotarioff .......................................................... 27
Hình 2.14 Vịng trịn Mohr ứng suất điển hình và đường bao sức chống cắt ở trạng
thái giới hạn cho các thí nghiệm UU, CU và CD trên các mẫu đất sét quá cố kết ......27
Hình 2.15 Ứng xử của đất ở trạng thái giới hạn theo p’, q’, e ..................................28
Hình 2.16 Đồ thị quan hệ giữa ứng suất và biến dạng chính ....................................29


viii

Hình 2.17 Ứng suất (a), lộ trình ứng suất (b) và vịng trịn Mohr (c) cho thí nghiệm
UU ............................................................................................................................. 30
Hình 2.18 Kết quả của thí nghiệm nén 3 trục khơng thốt nước trên (Ortigao, 1995)

...................................................................................................................................30
Hình 2. 19 Lộ trình ứng suất trong hố đào cho các điểm nằm gần (trên) mặt trượt .31
Hình 2. 20 Lộ trình ứng suất với gia tải có thốt nước .............................................32
Hình 2.21 Lộ trình ứng suất tổng và hữu hiệu với gia tải khơng thốt nước ............32
Hình 2.22 Khuynh hướng thay đổi ứng suất ứng với các phân tố trên hệ trục p,q ...33
Hình 2.23 Lộ trình ứng suất thường gặp khi có ứng suất chính theo một phương
khơng đổi theo Lambe ............................................................................................... 33
Hình 2.24 Lộ trình ứng suất thường gặp khi có ứng suất chính theo một phương
khơng đổi theo Roscoe và cộng sự ............................................................................34

Hình 3.1 Mặt bằng hố đào với các vị trí quan trắc chuyển vị tường vây [1] ............38
Hình 3.2 Mặt cắt địa chất với số búa SPT-N, dung trọng tự nhiên, độ ẩm, áp lực
nước lỗ rỗng và cường độ chống cắt khơng thốt nước [2] ......................................40
Hình 3.3 Mặt cắt địa chất và hố đào [1] ....................................................................41
Hình 3.4 Quan hệ giữa tỷ số Eu/cu của đất sét với chỉ số dẻo và hệ số quá cố kết
(Jamiokowski et al) ...................................................................................................46
Hình 3.5 Đường cong ứng suất biến dạng của đất (Duncan và Chang 1970)...........48
Hình 3.6 Mơ hình hố đào có tường băng ngang (tại SI-8, SO-1, …) ....................... 52
Hình 3.7 Lưới phần tử hữu hạn của mơ hình hố đào có tường băng ngang (tại SI-8,
SO-1…) ..................................................................................................................... 52
Hình 3.8 Mơ hình hố đào khơng có tường băng ngang ............................................52
Hình 3.9 Lưới phần tử hữu hạn của mơ hình hố đào khơng có tường băng ngang ..53
Hình 3.10 Chuyển vị của hố đào xét tại vị trí SI-8 trường hợp có tường băng ngang
(phase 18) ..................................................................................................................53


ix

Hình 3.11 Chuyển vị của hố đào xét tại vị trí SI-8 trường hợp có tường băng ngang
(phase 14) ..................................................................................................................54

Hình 3.12 Chuyển vị của hố đào xét tại vị trí SI-8 trường hợp có tường băng ngang
(phase 10) ..................................................................................................................54
Hình 3.13 Chuyển vị của hố đào xét tại vị trí SI-8 trường hợp có tường băng ngang
(phase 6) .................................................................................................................... 54
Hình 3.14 Chuyển vị của hố đào trường hợp khơng có tường băng ngang (phase 18)
...................................................................................................................................55
Hình 3.15 Chuyển vị của hố đào trường hợp khơng có tường băng ngang (phase 14)
...................................................................................................................................55
Hình 3.16 Chuyển vị của hố đào trường hợp khơng có tường băng ngang (phase 10)
...................................................................................................................................55
Hình 3.17 Chuyển vị của hố đào trường hợp khơng có tường băng ngang (phase 6)
...................................................................................................................................56
Hình 3.18 So sánh chuyển vị ngang của tường vây giữa kết quả quan trắc và kết quả
phân tích từ mơ hình tại điểm SI-8, phase 18 ........................................................... 57
Hình 3.19 So sánh chuyển vị ngang của tường vây giữa kết quả quan trắc và kết quả
phân tích từ mơ hình tại điểm SI-8, phase 14 ........................................................... 58
Hình 3.20 So sánh chuyển vị ngang của tường vây giữa kết quả quan trắc và kết quả
phân tích từ mơ hình tại điểm SI-8, phase 10 ........................................................... 59
Hình 3.21 So sánh chuyển vị ngang của tường vây giữa kết quả quan trắc và kết quả
phân tích từ mơ hình tại điểm SI-8, phase 6 ............................................................. 60
Hình 3.22 So sánh chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây giữa kết quả quan trắc
và kết quả phân tích từ mơ hình tại điểm SI-8 .......................................................... 61
Hình 3.23 Tỷ lệ làm giảm chuyển vị ngang tường vây của tường băng ngang so với
mơ hình khơng có tường băng ngang tại điểm SI-8 ..................................................61
Hình 3.24 Chuyển vị của hố đào xét tại vị trí SO-1 trường hợp có tường băng ngang
(phase 18) ..................................................................................................................62


x

Hình 3.25 Chuyển vị của hố đào xét tại vị trí SO-1 trường hợp có tường băng ngang
(phase 14) ..................................................................................................................62
Hình 3.26 Chuyển vị của hố đào xét tại vị trí SO-1 trường hợp có tường băng ngang
(phase 10) ..................................................................................................................63
Hình 3.27 Chuyển vị của hố đào xét tại vị trí SO-1 trường hợp có tường băng ngang
(phase 6) .................................................................................................................... 63
Hình 3.28 So sánh chuyển vị ngang của tường vây giữa kết quả quan trắc và kết quả
phân tích từ mơ hình tại điểm SO-1, phase 18 .......................................................... 64
Hình 3.29 So sánh chuyển vị ngang của tường vây giữa kết quả quan trắc và kết quả
phân tích từ mơ hình tại điểm SO-1, phase 14 .......................................................... 65
Hình 3.30 So sánh chuyển vị ngang của tường vây giữa kết quả quan trắc và kết quả
phân tích từ mơ hình tại điểm SO-1, phase 10 .......................................................... 66
Hình 3.31 So sánh chuyển vị ngang của tường vây giữa kết quả quan trắc và kết quả
phân tích từ mơ hình tại điểm SO-1, phase 6 ............................................................ 67
Hình 3.32 So sánh chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây giữa kết quả quan trắc
và kết quả phân tích từ mơ hình tại điểm SO-1......................................................... 68
Hình 3.33 Tỷ lệ làm giảm chuyển vị ngang tường vây của tường băng ngang so với
mơ hình khơng có tường băng ngang ........................................................................68
Hình 3.34 So sánh chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây tại các vị trí khác nhau
giữa kết quả quan trắc và phân tích mơ hình ............................................................ 69
Hình 3.35 Mơ hình hố đào giảm chiều sâu tường băng ngang (tại vị trí SI-8, SO-1,
…).............................................................................................................................. 70
Hình 3.36 Lưới phần tử hữu hạn của mơ hình hố đào giảm chiều sâu tường băng
ngang (tại SI-8, SO-1,…) .......................................................................................... 71
Hình 3.37 Chuyển vị của hố đào xét tại vị trí SI-8 trường hợp giảm chiều sâu tường
băng ngang (phase 18) .............................................................................................. 71
Hình 3.38 Chuyển vị của hố đào xét tại vị trí SI-8 trường hợp giảm chiều sâu tường
băng ngang (phase 14) .............................................................................................. 71

xi

Hình 3.39 Chuyển vị của hố đào xét tại vị trí SI-8 trường hợp giảm chiều sâu tường
băng ngang (phase 10) .............................................................................................. 72
Hình 3.40 Chuyển vị của hố đào xét tại vị trí SI-8 trường hợp giảm chiều sâu tường
băng ngang (phase 6) ................................................................................................ 72
Hình 3.41 So sánh chuyển vị ngang của tường vây từ mơ hình phân tích giảm chiều
sâu tường băng ngang với các trường hợp khác tại điểm SI-8, phase 18 .................73
Hình 3.42 So sánh chuyển vị ngang của tường vây từ mơ hình phân tích giảm chiều
sâu tường băng ngang với các trường hợp khác tại điểm SI-8, phase 14 .................74
Hình 3.43 So sánh chuyển vị ngang của tường vây từ mơ hình phân tích giảm chiều
sâu tường băng ngang với các trường hợp khác tại điểm SI-8, phase 10 .................75
Hình 3.44 So sánh chuyển vị ngang của tường vây từ mơ hình phân tích giảm chiều
sâu tường băng ngang với các trường hợp khác tại điểm SI-8, phase 6 ...................76
Hình 3.45 So sánh chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây từ mơ hình phân tích
giảm chiều sâu tường băng ngang với các trường hợp khác tại điểm SI-8 ...............77
Hình 3.46 Tỷ lệ làm giảm chuyển vị ngang tường vây của tường băng ngang được
so với mơ hình khơng có tường băng ngang, vị trí SI-8 ...........................................77
Hình 3.47 Chuyển vị của hố đào xét tại vị trí SO-1 trường hợp giảm chiều sâu tường
băng ngang (phase 18) .............................................................................................. 78
Hình 3.48 Chuyển vị của hố đào xét tại vị trí SO-1 trường hợp giảm chiều sâu tường
băng ngang (phase 14) .............................................................................................. 79
Hình 3.49 Chuyển vị của hố đào xét tại vị trí SO-1 trường hợp giảm chiều sâu tường
băng ngang (phase 10) .............................................................................................. 79
Hình 3.50 Chuyển vị của hố đào xét tại vị trí SO-1 trường hợp giảm chiều sâu tường
băng ngang (phase 6) ................................................................................................ 79
Hình 3.51 So sánh chuyển vị ngang của tường vây từ mơ hình phân tích giảm chiều
sâu tường băng ngang với các trường hợp khác tại điểm SO-1, phase 18 ................80
Hình 3.52 So sánh chuyển vị ngang của tường vây từ mơ hình phân tích giảm chiều
sâu tường băng ngang với các trường hợp khác tại điểm SO-1, phase 14 ................81

xii

Hình 3.53 So sánh chuyển vị ngang của tường vây từ mơ hình phân tích giảm chiều
sâu tường băng ngang với các trường hợp khác tại điểm SO-1, phase 10 ................82
Hình 3.54 So sánh chuyển vị ngang của tường vây từ mơ hình phân tích giảm chiều
sâu tường băng ngang với các trường hợp khác tại điểm SO-1, phase 6 ..................83
Hình 3.55 So sánh chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây từ mơ hình phân tích
giảm chiều sâu tường băng ngang với các trường hợp khác tại điểm SO-1 .............84
Hình 3.56 Tỷ lệ làm giảm chuyển vị ngang tường vây của tường băng ngang được
so với mơ hình khơng có tường băng ngang, vị trí SO-1 ..........................................84
Hình 3.57 So sánh chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây tại các vị trí khác nhau
giữa kết quả quan trắc và phân tích mơ hình ............................................................ 85
Hình 3.58 Mơ hình hố đào phân tích tăng khoảng cách giữa hai tường băng ngang
(L’/H=1.54) ...............................................................................................................87
Hình 3.59 Lưới phần từ hữu hạn của mơ hình hố đào phân tích tăng khoảng cách
giữa hai tường băng ngang (L’/H=1.54) ...................................................................88
Hình 3.60 Chuyển vị của hố đào (d/L’=0, phase 18) ................................................88
Hình 3.61 Chuyển vị của hố đào (d/L’=0, phase 14) ................................................88
Hình 3.62 Chuyển vị của hố đào (d/L’=0, phase 10) ................................................89
Hình 3.63 Chuyển vị của hố đào (d/L’=0, phase 6) ..................................................89
Hình 3.64 So sánh chuyển vị ngang của tường vây từ mơ hình phân tích L’/H=1.54
với các trường hợp khác tại vị trí d=0m, phase 18.................................................... 90
Hình 3.65 So sánh chuyển vị ngang của tường vây từ mơ hình phân tích L’/H=1.54
với các trường hợp khác tại vị trí d/L’=0, phase 14 ..................................................91
Hình 3.66 So sánh chuyển vị ngang của tường vây từ mơ hình phân tích L’/H=1.54
với các trường hợp khác tại vị trí d/L’=0, phase 10 ..................................................92
Hình 3.67 So sánh chuyển vị ngang của tường vây từ mơ hình phân tích L’/H=1.54
với các trường hợp khác tại vị trí d/L’=0, phase 6 .................................................... 93

Hình 3.68 So sánh chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây từ mơ hình phân tích
L’/H=1.54 với các trường hợp khác tại điểm d/L’=0................................................94


xiii

Hình 3.69 Tỷ lệ làm giảm chuyển vị ngang tường vây của tường băng ngang được
so với mơ hình khơng có tường băng ngang, trường hợp L’/H=1.54, tại điểm d/L’=0
...................................................................................................................................94
Hình 3.70 Chuyển vị của hố đào (d/L’=0.5, phase 18) .............................................95
Hình 3.71 Chuyển vị của hố đào (d/L’=0.5, phase 14) .............................................95
Hình 3.72 Chuyển vị của hố đào (d/L’=0.5, phase 10) .............................................96
Hình 3.73 Chuyển vị của hố đào (d/L’=0.5, phase 6) ...............................................96
Hình 3.74 So sánh chuyển vị ngang của tường vây từ mơ hình phân tích L’/H=1.54
với các trường hợp khác tại vị trí d/L’=0.5, phase 18 ...............................................97
Hình 3.75 So sánh chuyển vị ngang của tường vây từ mơ hình phân tích L’/H=1.54
với các trường hợp khác tại vị trí d/L’=0.5, phase 14 ...............................................98
Hình 3.76 So sánh chuyển vị ngang của tường vây từ mơ hình phân tích L’/H=1.54
với các trường hợp khác tại vị trí d/L’=0.5, phase 10 ...............................................99
Hình 3.77 So sánh chuyển vị ngang của tường vây từ mơ hình phân tích L’/H=1.54
với các trường hợp khác tại vị trí d/L’=0.5, phase 6 ...............................................100
Hình 3.78 So sánh chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây từ mơ hình phân tích
L’/H=1.54 với các trường hợp khác tại vị trí d/L’=0.5 ...........................................101
Hình 3.79 Tỷ lệ làm giảm chuyển vị ngang lớn nhất của tường băng ngang so với
mơ hình khơng có tường băng ngang, trường hợp L’/H=1.54, tại điểm d/L’=0.5..101
Hình 3.80 So sánh chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây tại các vị trí khác nhau
giữa kết quả quan trắc và phân tích mơ hình .......................................................... 102


xiv

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Nhóm những mơ hình và đặc tính sử dụng thực tế....................................36
Bảng 3.1 Kết quả quan trắc chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây (mm) ............42
Bảng 3.2 Kết quả quan trắc chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây (mm) (tt) ......43
Bảng 3.3 Kết quả quan trắc chuyển vị ngang của tường vây tại vị trí SI-8 .............43
Bảng 3.4 Kết quả quan trắc chuyển vị ngang của tường vây tại vị trí SO-1.............44
Bảng 3.5 Bảng tra hệ số Rinter .................................................................................... 48
Bảng 3.6 Thông số đất mơ hình Mohr – Coulomb ...................................................48
Bảng 3.7 Thơng số tường vây ...................................................................................50
Bảng 3.8 Thông số sàn hầm ...................................................................................... 50
Bảng 3.9 Thông số thanh chống xiên bằng thép ....................................................... 50
Bảng 3.10 Kích thước và đặc trưng vật liệu của tường băng ngang (cross wall) .....50
Bảng 3.11 Giá trị độ cứng Kcw, Kfeb, Keq,d của hệ lị xo mơ phỏng tác dụng của tường
băng ngang theo phương pháp dầm tương đương..................................................... 51
Bảng 3.12 Thông số mô phỏng tường băng ngang bằng hệ Anchor......................... 51
Bảng 3.13 Kích thước và đặc trưng vật liệu của tường băng ngang (cross wall) .....86
Bảng 3.14 Giá trị độ cứng Kcw, Kfeb, Keq,d của hệ lị xo mơ phỏng tác dụng của tường
băng ngang theo phương pháp dầm tương đương..................................................... 86
Bảng 3.15 Thông số mô phỏng tường băng ngang bằng hệ Anchor......................... 87


xv

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU
 A : Diện tích mặt cắt ngang.
 B : Bề rộng hố đào.
 c’ : lực dính hữu hiệu.
 CW : tường băng (cắt) ngang.
 d : khoảng cách từ điểm khảo sát tới tường băng ngang.

 E : Mođyun đàn hồi của tường vây.
 f’c : Cường độ chịu nén của bêtông.
 H : Chiều sâu hố đào.
 I : Mơmen qn tính của tường vây.
 K : Hệ số mođuyn độ cứng trong mơ hình Duncan-Chang.
 Ko : Hệ số áp lực đất ở trạng thái nghỉ.
 Kcw : Độ cứng tương đương của lị xo tính trên một đơn vị chiều dài và
một đơn vị chiều sâu của tường vây.
 Keq,d : Độ cứng tương đương của lị xo tại vị trí cách tường băng ngang
một đoạn d, tính trên một đơn vị chiều dài và một đơn vị chiều sâu của
tường vây.
 Kfeb,d : Độ cứng tương đương của lò xo tại vị trí cách tường băng ngang
một đoạn d, tính trên một đơn vị chiều dài và một đơn vị chiều sâu của
tường vây theo sơ đồ dầm ngàm hai đầu.
 Kfeb,mid : Độ cứng tương đương của lò xo tại vị trí chính giữa hai tường
băng ngang, tính trên một đơn vị chiều dài và một đơn vị chiều sâu của
tường vây theo sơ đồ dầm ngàm hai đầu.
 L’ : Khoảng cách giữa hai tường băng ngang.
 Lcw : Chiều dài của tường băng ngang.
 n : Hệ số lũy thừa mođuyn độ cứng trong mơ hình Duncan-Chang.
 N : Số búa SPT.
 su : Cường độ chống cắt khơng thốt nước.


xvi

 tcw : Chiều dày của tường băng ngang.
 wn : Áp lực đất trên một đơn vị chiều sâu.
 h,o : Chuyển vị của tường vây tại vị trí có tường băng ngang.
 h,d : Chuyển vị của tường vây tại vị trí cách tường băng ngang một đoạn

d.
 hm : Chuyển vị lớn nhất của tường vây.
 h,mid : Chuyển vị của tường vây tại vị trí chính giữa hai tường băng
ngang.
 d : Chuyển vị của dầm ngàm hai đầu tại vị trí cách đầu ngàm một
khoảng d.
 mid : Chuyển vị của dầm ngàm hai đầu tại vị trí chính giữa dầm.
  : Hệ số Poisson.
 ’v : ứng suất hữu hiệu theo phương đứng.
 ’ : Góc ma sát trong hữu hiệu.


1

MỞ ĐẦU
Hố đào sâu có thể gây ra chuyển vị ngang của tường chắn và độ lún của đất nền
lớn quá mức cho phép, gây nguy hiểm cho các công trình xung quanh. Cho nên để
tránh những nguy cơ này, chúng ta phải có những biện pháp hạn chế chuyển vị ngang
của tường chắn và độ lún của đất nền.
Gia cố đất nền và tăng độ cứng của hệ thanh chống đỡ để giảm chuyền vị của đất
nền khi thi công hố đào sâu là biện pháp thông dụng hiện nay. Gần đây, hệ tường
băng (cắt) ngang trong hố đào sâu đã được sử dụng rộng rãi ở một vài quốc gia như
là một biện pháp thay thế. Hệ tường băng ngang ( kí hiệu CW) được xây vng góc
với tường chắn ở hai đầu trước khi thi công đào đất. Phần tường băng ngang ở trên
đáy hố đào sẽ được đập bỏ trong q trình thi cơng hố đào. Công dụng của hệ tường
này giống như là hệ giằng ngang chống lại chuyển vị ngang của tường chắn; nhưng
điểm khác biệt là nó có trước khi đào đất. Nếu hệ tường băng ngang được xây dựng
bằng công nghệ xây dựng tường chắn thì nó sẽ có cường độ chịu nén cao và độ cứng
dọc trục lớn. Trong trường hợp đó chuyển vị ngang của tường chắn và chuyển vị
đứng của đất nền sẽ được giảm đi đáng kể.

Hiện nay, các nghiên cứu về hệ tường băng ngang không nhiều. Chủ yếu là các
nghiên cứu của Pio-Go Hsieh, Chang- Yu Ou và các cộng sự [1] [2] [3] [4] [5]. Biện
pháp này đã được áp dụng ở một số nước của khu vực châu Á.

Mục tiêu nghiên cứu:
Xây dựng cách tính tốn, dự đốn chuyển vị ngang của tường chắn trong hố đào
sâu khi có sự góp mặt của hệ tường băng (cắt) ngang.

Phương pháp nghiên cứu:
Để thực hiện mục tiêu nghiên cứu trên đây tác giả chọn phương pháp nghiên cứu
cụ thể như sau:


2

- Tính tốn bằng phần mềm phần tử hữu hạn (Plaxis 2D) cho trường hợp hố
đào có bố trí hệ tường băng ngang và khơng có bố trí hệ tường băng ngang.
- So sánh kết quả phân tích bằng phần mềm với kết quả quan trắc chuyển vị
ngang của tường chắn ở hiện trường.
- So sánh kết quả chuyển vị ngang của tường chắn giữa hai mơ hình phân tích
có và khơng có bố trí hệ tường băng ngang trong hố đào.
- Thay đổi thông số về chiều sâu và khoảng cách giữa hai tường băng ngang,
sau đó tính tốn bằng phần mềm Plaxis 2D.
- Đánh giá kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường chắn khi thay đổi
các thông số của hệ tường băng ngang.
- Kết luận về công năng của hệ tường băng ngang trong thi công hố đào sâu.

Tính khoa học, thực tiễn của đề tài:
Đề tài phân tích tác dụng của hệ tường băng ngang trong hố đào sâu nhằm cung
cấp thêm thông tin về một phương án thiết kế biện pháp thi công hố đào sâu để hạn

chế chuyển vị ngang của tường chắn đất và của đất nền xung quanh. Phương pháp
này đã được áp dụng ở một số nước châu Á (chẳng hạn như Đài Loan). Ở Việt Nam,
việc thi công các hố đào sâu trong khu vực đô thị khá phổ biến (đặc biệt là khu vực
phía Nam như thành phố Hồ Chí Minh,…) nên biện pháp thi cơng này cũng có tính
khả thi, đảm bảo an tồn cho các cơng trình xây dựng lân cận.

Giới hạn của đề tài:
Do điều kiện hiện nay ở Việt Nam chưa có các cơng trình thi cơng áp dụng hệ
tường băng ngang để làm giảm chuyển vị ngang của tường chắn và chuyển vị của đất
nền xung quanh hố đào, nên đề tài sử dụng lại số liệu địa chất, quan trắc,… của các
bài báo tham khảo của nước ngồi để phân tích.


3

NỘI DUNG
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Giới thiệu về hệ tường băng ngang (cross walls)
Tường băng ngang được xây dựng trước khi thi công đào đất. Tường chắn được
chắn giữ bằng hệ thanh chống ngang ở cao trình phía trên đáy hố đào chống lại áp
lực ngang của đất nhưng chúng cũng ít tác dụng chống lại áp lực đất ở phía dưới cao
trình đáy hố đào. Đó cũng là một nguyên nhân làm cho tường chắn chuyển vị q
nhiều trong suốt q trình thi cơng đào đất. Hệ tường băng ngang được xây dựng
trước khi thi cơng đào đất, nó có cơng dụng như là hệ thanh chống ngang với cường
độ chịu nén cao. Hệ tường băng ngang này giúp chống lại tác động của áp lực đất ở
phía sau lưng tường.

Hình 1.1 Hệ tường băng ngang chỉ thi công phần dưới mặt đáy hố đào

Hình 1.2 Hệ tường băng ngang thi cơng cả phần trên và dưới mặt đáy hố đào

4

Nếu hệ tường băng ngang cũng là một phần của hệ móng cơng trình, chẳng hạn
như đóng vai trị là một bộ phận của móng cọc chịu tải trọng đứng của cơng trình
hoặc chịu áp lực đẩy nổi thì nó nên được gia cường cốt thép. Nếu chúng chỉ được
dùng để hạn chế chuyển vị ngang của tường chắn và chuyển vị của đất nền thì nó có
thể được đổ bằng bê tông không gia cường thép.
Hệ tường băng ngang liên kết với các tường chắn chính theo các kiểu liên kết
sau:
 Liên kết kiểu chữ T:
Kiểu lên kết này có nhược điểm là thành hố đào kém ổn định, nhất là tại
các vị trí góc. Có một cách có thể được áp dụng để tránh nguy cơ sụp vách
rãnh đào là phun vữa ở các vị trí góc.

Hình 1.3 Liên kết kiểu chữ T giữa tường băng ngang và tường chắn

 Liên kết kiểu xây tách biệt:
Kiểu liên kết này có nhược điểm là tại vị trí mặt tiếp xúc ở giữa hai kết cấu
tồn tại một lớp đất dày khoảng 20~30 cm. Lớp đất này làm giảm tác dụng
chống đỡ của hệ tường băng ngang.


5

Hình 1.4 Liên kết kiểu xây tách biệt giữa tường băng ngang và tường chắn

 Liên kết nhờ vữa áp lực cao (jet grouting):
Lớp vữa áp lực cao sẽ được phun vào vị nối liền giữa hai kết cấu. Phương

pháp này địi hỏi phải thay lớp đất ở vị trí nối liền nên rất khó đánh giá hiệu
quả.

Hình 1.5 Liên nhờ vữa áp lực cao giữa tường băng ngang và tường chắn

 Liên kết nhờ tấm ngăn cách (partition plate)
Kiểu liên kết này khắc phục được nhược điểm liên quan tới sự ổn định của
vách rãnh đào (kiểu chữ T) và sự tồn tại của lớp đất mỏng tại vị trí nối liền