Bài viết Nghiên cứu thiết kế tường vây hố đào dạng trụ tròn trình bày cách thiết kế hố đào hình trụ xuất phát từ các công thức giải tích. Kết quả tính toán được so sánh với kết quả quan trắc của công trình thực tế. Trình tự thiết kế này có thể được sử dụng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ của hố đào dạng trụ tròn.
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, ĐHXDHN, 2022, 16 (2V): 91–102 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TƯỜNG VÂY HỐ ĐÀO DẠNG TRỤ TRÒN Phạm Việt Anha,∗, Nguyễn Đức Mạnhb , Nguyễn Xuân Trườngc , Trần Quốc Mạnhd , Nguyễn Trung Kiênd , Nguyễn Trung Thànhd , Nguyễn Văn Namd a Khoa Cầu Đường, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam b Khoa Cơng trình thủy, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam c Viện Khoa học công nghệ Xây Dựng (IBST), 81 phố Trần Cung, quận Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam d Khoa Xây dựng dân dụng, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 24/12/2021, Sửa xong 15/4/2022, Chấp nhận đăng 18/5/2022 Tóm tắt Hố đào sâu dạng trịn ngày sử dụng nhiều hạng mục ngầm trục thơng gió, trục hiểm cơng trình ngầm, trục hạ thu hồi máy khoan hầm (TBM) Do dạng kết cấu trụ tròn, tạo hiệu ứng vòm dẫn đến áp lực đất tác dụng lên tường vây nhỏ thông thường, đồng thời toàn áp lực hướng tâm chuyển thành lực vòng theo phương chu vi tường Biến dạng hố đào xung quanh nhỏ Thiết kế hố đào sâu dạng tròn chủ yếu sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn Tuy nhiên việc tính tốn phân tích hố đào trụ trịn thường phức tạp, địi hỏi phải sử dụng cơng cụ mơ hình 3D Trong báo trình bày cách thiết kế hố đào hình trụ xuất phát từ cơng thức giải tích Kết tính tốn so sánh với kết quan trắc cơng trình thực tế Trình tự thiết kế sử dụng giai đoạn thiết kế sơ hố đào dạng trụ trịn Từ khố: áp lực đất; hố đào sâu; hố đào trụ tròn; địa kỹ thuật; hiệu ứng vòm A METHOD FOR THE ANALYSIS AND DESIGN OF CIRCULAR SHAFTS OF DEEP EXCAVATION Abstract The circular shaft are increasingly used in underground works such as ventilation shafts, escape shafts of underground structures, or lowering and recovery shafts of tunnel boring machines (TBM) The circular structure of circular shaft creates an arch effect, which leads to a reduction in earth pressure on the retaining wall Radial pressure will be converted into a circular force in the direction of the wall circumference Deformation of ground around the excavation is also small However, the analysis of circular shafts is complicated, requiring the use of 3D modeling In this paper, the method of determining the earth pressure acting on the retaining wall of a circular shaft is presented from analytical formulas The calculated results are compared with the monitoring results in-situ The methodology in this paper can be used in the preliminary design stage Keywords: earth pressure; deep excavation; circular shafts; geotechnical engineering; arching effect https://doi.org/10.31814/stce.huce(nuce)2022-16(2V)-08 © 2022 Trường Đại học Xây dựng Hà Nội (ĐHXDHN) Đặt vấn đề Trong năm gần đây, không gian ngầm đô thị ngày có nhu cầu lớn, ví dụ tuyến tàu điện ngầm, bãi xe ngầm hay trung tâm thương mại ngầm Để thi công không gian ∗ Tác giả đại diện Địa e-mail: anhpv@huce.edu.vn (Anh, P V.) 91 Anh, P V., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng ngầm đô thị, người ta sử dụng giải pháp hố đào mở với hình dạng khác Hố đào dạng hình trịn với kết cấu tường vây hình trụ thường sử dụng hạng mục trục thơng gió, trục hiểm cơng trình ngầm, trục hạ thu hồi máy khoan hầm (TBM) [1] Ưu điểm kiểu kết cấu tường vây trụ tròn độ cứng vòng tường vây hiệu ứng vịm đất xung quanh tạo thành hệ thống tự cân bằng, có nghĩa áp lực đất tác dụng lên tường vây chuyển thành lực nén dọc theo chu vi tường vây trụ tròn Do tường vây đảm bảo chịu lực với việc sử dụng bê tông cường độ thấp, đồng thời loại bỏ hệ neo, giằng chống bên thành hố đào trình thi công [2, 3] Việc sử dụng kiểu tường vây giảm đáng kể thời gian thi cơng hố đào, giảm giá thành thi cơng Nghiên cứu hố đào sâu hình dạng tròn hạn chế so với hố đào sâu dạng hình chữ nhật nghiên cứu rộng rãi trước [2] Các nghiên cứu hố đào sâu dạng tròn chủ yếu tập trung vào xác định áp lực đất tác dụng lên thành hố đào, từ nghiên cứu phát triển theo phương pháp giải tích, theo phương pháp mơ hình hóa đến phương pháp thực nghiệm mơ hình nhỏ phịng Khơng nhiều nghiên cứu hố đào sâu dạng tròn lĩnh vực thiết kế, đặc biệt thiếu hướng dẫn tính tốn thiết kế hố đào sâu dạng trịn Thiết kế hố đào dạng trụ tròn thường sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để xác định chuyển vị nội lực tường Phương pháp có ưu điểm mơ tả ứng xử thực tế hố đào giai đoạn thi cơng Tuy nhiên tính khơng gian hố đào trụ trịn nên thường phải sử dụng mơ hình tính tốn 3D Điều dẫn đến khối lượng tính tốn lớn, thời gian xử lý toán lâu, từ yêu cầu số liệu đầu vào đến phân tích mơ hình Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả nghiên cứu thiết kế hố đào sâu dạng trụ tròn theo phương pháp giải tích Phương pháp hướng đến việc đơn giản công tác thiết kế, dễ ứng dụng giai đoạn thiết kế sơ Phương pháp giải tích đề xuất áp dụng cho trình thực tế để kiểm nghiệm lại Kết tính tốn chuyển vị từ phương pháp đề xuất so sánh với kết quan trắc thực tế để đánh giá tính xác hiệu phương pháp Thiết kế hố đào sâu dạng trụ tròn Thiết kế hố đào sâu dạng tròn dựa khái niệm ứng suất vòng Áp lực đất xung quanh trục tạo ứng suất vòng nén lên lớp kết cấu thành hố đào Khi áp lực đất thay đổi theo độ sâu, ứng suất vòng gây thay đổi theo, điều kiện bền cần đảm bảo ứng suất vịng khơng vượt ứng suất nén cho phép kết cấu thành hố đào Dựa nguyên lý này, trình tự bước thiết kế hố đào sâu dạng tròn đề xuất sau: Bước 1: Xác định thông số đầu vào (thông số địa chất, thông số tường, ) Bước 2: Xác định áp lực đất tác dụng lên thành hố đào theo độ sâu, theo phương pháp đề xuất (mục 2.1) Bước 3: Xác định ứng suất biến dạng thành hố đào theo độ sâu (mục 2.2) 2.1 Áp lực đất lên hố đào hình trịn Trong tốn phẳng, tốn đối xứng trục, áp lực đất tác dụng lên thành hố đào thường xác định lý thuyết Rankine Coulomb Cả hai lý thuyết dựa cân dẻo, áp lực đất thu có dạng phân bố tuyến tính theo độ sâu Tuy nhiên, tốn hố đào sâu dạng trịn (bài tốn khơng gian), ảnh hưởng hình dạng kết cấu hiệu ứng vòm, áp lực đất xác định theo Rankine Coulomb khơng cịn phù hợp, có nhiều sai khác so với thực tế [4] Một vài phương pháp thực nghiệm lý thuyết phát triển nhằm xác định áp lực đất 92 Anh, P V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng tác dụng lên hố đào dạng trụ tròn, Westergaard [5] Terzaghi [6] đề xuất lời giải giải tích; Prater [7] sử dụng phương pháp cân giới hạn; tác giả khác [8–13] sử dụng phương pháp đường trượt để xác định áp lực đất lên hố đào dạng tròn Áp lực đất chủ động tính tốn phương pháp cổ điển theo Coulomb Rankine cho kết giống với cá c toán phẳng, nhiên điều điều kiện tốn khơng gian kết áp lực đất khác đáng kể tùy thuộc vào phương pháp phân tích chọn [14] Một vài nghiên cứu rằng, áp lực đất tác dụng lên hố đào dạng tròn nhỏ so với áp lực đất trường hợp toán đối xứng trục Kim et al [4] thực thí nghiệm mơ hình ly tâm phịng thử nghiệm trường tỷ lệ 1:1 trường hợp hố đào hình trụ đứng Các tác giả kết luận áp lực đất tác dụng lên tường vây trụ tròn (trục thẳng) nhỏ kết cấu địa kỹ thuật khác, nguyên nhân hiệu ứng hình cung ba chiều (hình cung lồi và/hoặc vịm ngược) Cho et al [15] nghiên cứu ra, trường hợp trụ tròn thẳng đứng, ảnh hưởng vòm áp lực đất ngang phụ thuộc nhiều vào đường kính chiều cao trụ, góc nội ma sát lực dính đất Các tác giả phát xem xét hiệu ứng hình cung, áp lực đất lên trụ tròn thẳng đứng nhỏ khoảng 80% so với áp lực đất tính tốn lý thuyết Rankine Shin et Sagong [16] kết luận áp lực đất lên tường trụ tròn giảm đáng kể xảy biến dạng tường lớn 1,5% bán kính trụ Ở biến dạng nhỏ, áp lực đất nằm khoảng áp lực đất tĩnh áp lực đất chủ động Áp lực đất tác dụng lên bề mặt bên ngồi trụ trịn nhỏ áp lực đất tĩnh tường có biến dạng đủ lớn, xảy biến dạng mặt phẳng ứng suất giảm q trình đào [16] Các hiệu ứng vịm theo chiều ngang ảnh hưởng đến phân bố áp lực đất lên bề mặt trịn bên ngồi trụ tròn [17] Do kết cấu tường vây có biến dạng nhỏ, độ lệch áp lực đất từ điều kiện tĩnh sang điều kiện chủ động biến dạng tường không đáng kể, đường kính trụ lớn Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả lựa chọn phương pháp xác định áp lực đất lên thành hố đào dạng trụ tròn đứng, bao gồm phương pháp cân giới hạn Kim et al [4], phương pháp đường trượt Cheng [9] Berezantzev [8] a Áp lực đất theo phương pháp cân giới hạn Kim Kyoung-Yul Kim et al [4] mở rộng phương pháp cân giới hạn Prater [18], dựa giả thiết bề mặt trượt phá hoại mặt phẳng, dốc góc β = 45◦ + ϕ/2 (Hình 1), xét đến hiệu ứng vòm ba chiều với ba thành phần ứng suất σt , σv , σr Áp lực đất tác dụng xác định sau: pi = Kwa σv (1) - Kwa hệ số áp lực đất hướng tâm: Kwa = Ncos2 θ + sin2 θ 3N − (N − 1) cos2 θ (2) với N θ hệ số xác định theo phương trình: N = tan2 45 + θ = tan −1 (N −1± 93 ϕ (N − 1)2 4Ntan2 δ tan δ (3) (4) Anh, P V., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng - σv ứng suất hữu hiệu theo phương đứng: σv = q − T −S ×z T e + S S (5) với T S hai hệ số xác định theo phương trình: 2π 1 + tan β × tan ϕ cw + c(R + r) + + A tan β tan β − tan ϕ (6) + tan β × tan ϕ 2π Kwa + R tan δ + (Kwa R + λr) + A tan β − tan ϕ (7) T =γ− S = γ trọng lượng đất (kN/m3 ); ϕ góc ma sát đất (°); c hệ số dính (kPa); R bán kính ngồi trụ trịn (m); r chiều rộng vùng dẻo độ sâu xác định (m); A diện tích mặt cắt ngang vùng dẻo (m2 ); β góc mặt trượt 45◦ + ϕ/2; q tải trọng phụ thêm bề mặt (kN/m2 ) ; δ góc ma sát bề mặt tường đất Hình Ứng xử đất xung quanh trụ tròn thẳng đứng: mơ hình ứng suất - mặt trượt giả định b Áp lực đất theo phương pháp đường trượt Berezantzev Berezantzev [8] mở rộng phương pháp đường trượt để tính áp lực đất tác dụng lên thành hình trụ có mặt đất nằm ngang tải trọng phụ thêm phân bố Để giải phương trình cân điều kiện không đối xứng trục, tác giả giả định bên vùng dẻo, ứng suất tiếp tuyến ứng suất hướng tâm tương ứng ứng suất lớn ứng suất nhỏ, σt = σv = σ1 σr = σ3 Để đơn giản hóa tính tốn, đường trượt giả định đường thẳng theo tiêu chí phá hoại Mohr – Coulomb Tác giả thu kết áp lực đất lên thành hố đào dạng tròn sau: √ Ka 1 (8) pa = γR 1 − η−1 + q η Ka − c 1 − η Ka cot ϕ η−1 Rb Rb R b đó: Ka , η Rb hệ số xác định theo đây: Ka = tan2 450 + 94 ϕ (9) Anh, P V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng η = tan2 450 + Rb = + ϕ −1 h R (10) (11) Ka với q tải trọng phân bố bề mặt (kPa); c lực dính đất (kPa); R bán kính trục (m); h chiều sâu đào (m) c Áp lực đất theo phương pháp trượt đường Cheng Cheng [10] mở rộng lý thuyết Berezantzev để phát triển giải pháp tổng quát xem xét hệ số áp lực đất thay đổi Áp lực đất tính theo cơng thức sau: pa = Kaγ γz + Kaq q − Kac c (12) với hệ số áp lực đất Kaγ , Kaq Kac : √ Kaγ Ka R 1 − = η − z Kaq = Kac η=λ 1+ 1+ √ z R Ka z R √ Ka η−1 (14) η Ka − λ + η Ka −ξ = z √ η + R Ka (13) cot ϕ η (15) (1 + sin ϕ)2 ϕ − = λtan2 450 + −1 cos2 ϕ (16) 1−λ ϕ tan 45◦ + +1 η (17) ξ= đó: Ka hệ số xác định theo phương pháp Berezantzev [8]; R bán kính ngồi trụ (m), z độ sâu tính toán áp lực đất (m); λ hệ số tỷ lệ ứng suất tiếp ứng suất hướng tâm = σt /σv , theo Berezantzev [8] giả định bên vùng dẻo, ứng suất tiếp tuyến ứng suất xuyên tâm tương ứng ứng suất lớn nhỏ, σt = σv = σ1 σr = σ3 , λ nằm khoảng λ = K0 = − sin ϕ; c lực dính (kPa) ϕ góc ma sát đất (°) 2.2 Ứng suất biến dạng tường vây dạng tròn Ứng suất tường vây dạng tròn ước tính cách xác định phân bố ứng suất hình trụ chịu áp lực hướng tâm đều, thay đổi theo độ sâu, tác dụng lên mặt trụ Lý thuyết ứng dụng từ kết toán Lamé [17, 19, 20] Đối với toán kết cấu thành trụ trịn, chiều dày thành trụ có ảnh hưởng lớn đến phân bố ứng suất biến dạng thành trụ Nếu chiều dày thành trụ lớn 1/10 bán kính thành trụ, coi thành trụ dày Trong trường hợp này, Vullo et al [20], Chehadeh [21] đưa công thức xác định ứng suất biến dạng trụ tròn chịu ứng suất hướng tâm bên đều, pe , ứng suất hướng tâm bên ứng suất dọc trục (hoặc cân với bên ngoài) sau: σz = 95 (18) Anh, P V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng re2 r2 + ri2 σt = −pe (19) r2 re2 − ri2 σr = −pe re2 r2 − ri2 (20) r2 re2 − ri2 Ứng suất lớn thành trụ xác định sau: σt max = −pe 2re2 ; re2 − ri2 σrmax = −pe ; τmax = r = ri (21) r = re (σr − σt )max ; = pe re2 − ri2 re2 (22) r = ri Chuyển vị trụ tròn xác định theo phương trình sau: pe re2 + ri2 ur=re = − − v re E re − ri ur=ri = − w=v pe 2re2 ri E re2 − ri2 pe 2re2 z E re2 − ri2 (23) (24) (25) (26) đó, đại lượng minh họa Hình gồm σz ứng suất theo phương đứng; σr ứng suất hướng tâm; σt ứng suất tiếp (ứng suất vịng); re ri bán kính ngồi bán kính Hình Mặt cắt ngang hình trụ trịn có thành dày, với phần tử vi phân 96 Anh, P V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng trụ trịn; r bán kính điểm tính tốn; τ ứng suất cắt; ura chuyển vị thành trụ tròn; uri chuyển vị thành trụ tròn; w chuyển vị theo phương đứng trụ; E mô đun biến dạng vật liệu trụ; v hệ số Poisson vật liệu trụ Đối với trường hợp trụ tròn chịu ứng suất hướng tâm thành trụ pe pi , ứng suất chuyển vị xác định theo toán Lamé sau [19]: σr = σt = r u= E pi ri2 − pe re2 re2 − ri2 pi ri2 − pe re2 re2 − ri2 − + (pi − pe ) ri2 re2 r2 ri2 − re2 (pi − pe ) ri2 re2 r2 ri2 − re2 pi ri − pe re2 (1 + v) (pi − pe ) ri2 re2 (1 − v) + r2 re2 − ri2 re2 − ri2 (27) (28) (29) 2.3 Các thuyết bền tính tốn thiết kế tường vây dạng trịn Ứng suất hệ tọa độ cực (σrr , σθθ , σzz ) kết cấu dạng tròn kiểm tra theo thuyết bền ứng tương ứng, Vullo et al [20] đưa bốn lý thuyết cường độ để phân tích thiết kế với ứng suất tương đương σe , định nghĩa Thuyết bền (Strength theory) Ứng suất tương đương (General relation - σe ) σmax εmax τmax EDmax σe = σmax = σt σe = Eεmax = σmax = σt − v (σr + σz ) σe = σmax − σmin = σt − σr σ2e = σ2t + σ2z + σ2r − (σt σz + σt σr + σz σr ) Kiểm nghiệm phương pháp đề xuất Để kiểm nghiệm lại phương pháp đề xuất, tính tốn cho trường hợp cụ thể hố đào sâu trụ tròn thực hiện, kết tính tốn so sánh với kết quan trắc thực tế để đánh giá hiệu phương pháp giải tích đề xuất 3.1 Cơng trình hố đào sâu dạng trịn sử dụng cọc cát tuyến Cơng trình lựa chọn nằm phía Tây Bắc đảo Caofeidian, Trung Quốc Tường vây trụ trịn có chiều dài 45 m, đường kính ngồi 15m, đường kính hố 14 m, bề dày tường m, chiều sâu hố đào 28 m, tường gia cường dầm sáu dầm (được tạo q trình đào) Thơng số chi tiết cơng trình trình bày [22] Trong tốn này, tác giả giả thiết bỏ qua sai số xảy thi công tường, bỏ qua hệ số điều kiện làm việc hệ số ảnh hưởng biện pháp thi công tường; bỏ qua ảnh hưởng áp lực nước đất (mực nước ngầm đủ sâu) Các tiêu lý đất thơng số tường trình bày Bảng Bảng Trong trinh thi cơng, vị trí đo biến dạng, đo áp lực đất đo chuyển vị ngang tường đặc lắp đặt độ sâu m, 10 m, 15 m, 20 m, 25 m, 30 m, 35 m 40 m Các giai đoạn đào thể Bảng Kết đo chuyển vị hướng tâm ứng suất vòng giai đoạn đào thể Hình Hình cho thấy chuyển vị thành hố đào nhỏ, 97 Anh, P V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Bảng Thông số địa chất khu vực xây dựng hố đào [22] Lớp đất Phân loại đất Chiều dày (m) Dung trọng tự nhiên γ (kN/m3 ) Lực dính c (kN/m2 ) Góc ma sát ϕ (°) Đất lấp Sét pha Cát mịn Cát mịn Sét pha Sét pha Cát bụi 6 11 ∞ 19,7 19,3 19,6 19,5 18,7 19,2 18,0 6,1 2,0 6,0 7,7 8,5 10 10 20 25 23 27 32 35 Bảng Thông số tường hố đào [22] Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị Modun biến dạng Bề dày Hệ số Poisson Trọng lượng riêng tường Bán kính ngồi trụ Bán kính trụ Chiều dày trụ Chiều dài trụ E d ν 31500 1,0 0,2 26 15 14 45 MPa m γwall re ri d L kN/m3 m m m m lớn 2,13 mm giai đoạn đào cuối cùng, chuyển vị hướng tâm có xu hướng lớn độ sâu đào nhỏ đỉnh đáy hố đào Chuyển vị hướng tâm nhỏ cho thấy tác dụng vịm đáng kể tường vây hình trụ, hạn chế biến dạng bên Bảng Các giai đoạn thi công hố đào [22] Giai đoạn đào Độ sâu đào 8 12 16 20 23 26 28 Hình Kết chuyển vị hướng tâm điểm quan trắc dọc theo thành hố đào giai đoạn đào [22] 98 Hình Kết chuyển vị hướng tâm điểm quan trắc dọc theo thành hố đào giai đoạn đào [22] 3.2 Áp lực đất lên hố đào dạng tròn theo phương pháp Anh, V., cs.hố / Tạp chítrụ Khoa họctheo Cơngcác nghệphương Xây dựngpháp Kim, Cheng Tác giả tính tốn áp lựcP đất lên đào tròn 63.2 với áp lựctheo chủcác động thơngpháp thường theo Coulomb với mục đích so ÁpBerezantzev, lực đất lên hốcùng đào dạng tròn phương sánh Tác giả tính tốn áp lực đất lên hố đào trụ tròn theo phương pháp Kim, Cheng vớitrụ áptrịn lực chủ thường vớihướng mục đích sánh với hố 8Berezantzev, Đối với hố đào lựa động chọn,thông kết quantheo trắcCoulomb chuyển vị tâmsonhỏ choĐối thấy đào trụ tròn lựa chọn, kết quan trắc chuyển vị hướng tâm nhỏ cho thấy chưa có chuyển vị đủ chưa có chuyển vị đủ lớn để hình thành áp lực chủ động, áp lực đất tĩnh lớn để hình thành áp lực chủ động, áp lực đất tĩnh tính tốn để so sánh đánh giá 10 tính tốn để so sánh đánh giá p (kPa) -100 100 200 300 400 10 15 20 25 30 h (m) 35 11 40 45 p_K p_CĐ p_T p_C p_B hố đào theo phương pháp (p_T : áp lực lên tường áp lực tĩnh, 12Hình Áp lực đất tác dụng lên thành ngồi (Khơng sử dụng hình đổ bóng) p_CĐ áp lực lên tường áp lực chủ động, p_C áp lực lên tường phương pháp Cheng, p_B áp lực lên tường theo phương pháp Berezantzev p_K áp lực lên tường theo phương pháp Kim) Hình thể kết tính tốn áp lực đất tác dụng lên thành tường vây Áp lực đất theo phương pháp Cheng (2005) Berezantzev (1958) kết tương đối gần nhỏ 11 nhiều so với áp lực chủ động áp lực tinh tinh toán theo Coulomb Áp lực đất theo phương pháp Kim (2009) có xu hướng giá trị chân hố đào, giá trị áp lực nhỏ nhiều so với áp lực chủ động áp lực tĩnh Các giá trị áp lực sử dụng để tính tốn chuyển vị ứng suất tường với giai đoạn đào khác nhau, kết thể mục 3.3 Chuyển vị tường vây Chuyển vị hố đào giai đoạn đào xác định theo mục 2.2 Kết tính tốn so sánh với kết quan trắc, thể Hình Hình Trong báo minh họa kết điển hình tính tốn cho giai đoạn đào 2, 4, 6, 8, tương ứng với chiều sâu hố đào có thay đổi lớn Hình 5(a) cho thấy giai đoạn đào (đào đến độ sâu m), kết quan trắc gần với kết tính tốn chuyển vị theo phương pháp đề xuất mục 2.1 Chuyển vị tăng dần theo chiều sâu đào, sau vượt qua chiều sâu hố đào chuyển vị giảm dần Các đường dự báo có kết lớn đường quan trắc (màu đen) phạm vi chiều sâu đào Trong giai đoạn đào đến độ sâu 16 m (Hình 5(b)), kết tính tốn có xu hướng phù hợp với kết quan trắc, đặc biệt kết chuyển vị tính tốn theo áp lực chủ động áp lực tinh Kết chuyển vị tính tốn theo phương pháp lựa chọn nhỏ kết quan trắc 99 TạpKhoa chí Khoa học Cơng Xây dựng HUCE Tạp chí học Cơng nghệnghệ Xây dựng HUCE 20212021 2615-9058 ISSNISSN 2615-9058 2615-9058 ISSNISSN 2615-9058 -0.4 -0.2 -0.205 050.2 0 10 10 5 15 15 10 10 20 20 15 15 35 45 ur_C ur_C 35 30 40 40 35 35 45 40 ur_CĐ ur_CĐ 45 ur_C ur_C ur_K ur_K ur_Đo ur_Đo 45 45 ur_B ur_B ur_CĐur_CĐ ur_T ur_T ur_C ur_C (a)ur_K giai ur_K đoạn (a) giai đoạn đào 2đào ur_T ur_T ur_Đo ur_Đo 2 1 3 24 3 5 4 25 35 h (m) ur_B ur_B40 30 30 30 40 40 35 20 25 30 40 ur_B ur_B 45 40 ur_CĐ ur_CĐ ur_K ur_K ur_Đo ur_Đo 45 45 ur_B ur_B ur_CĐur_CĐ (b) đoạn giai đoạn (b) giai đàour_Đo 4đàour_Đo ur_T ur_T ur_K ur_K (Khơng sử dụng đổ bóng) (Khơng sử dụng hình hình đổ bóng) (a) Giai đoạn đào (b) Giai đoạn đào (a) đoạn giai đoạn (a) giai đào 2đào (b) đoạn giai đoạn (b) giai đào 4đào (Khơng sử dụng hình đổ bóng) (Khơng sử dụng hìnhchuyển đổ bóng) Hình Kết tính vị hướng tâm Kết tính chuyển tính chuyển vị hướng HìnhHình Kết vị hướng tâm tâm ur (mm) ur (mm) 45 6 6 ur_B ur_B 40 0.5 -2.5 -2.5-2 -1.5-1 -1-0.5 10 10 15 15 10 15 10 10 20 20 15 20 15 15 25 25 20 25 20 20 30 30 25 30 25 25 35 35 30 35 30 30 40 10 5 40 45 45 40 ur_CĐur_CĐ ur_C ur_C ur_T ur_T ur_C ur_C ur_T ur_T ur_B ur_B40 40 35 35 ur_K ur_K ur_Đo ur_Đo 45 45 ur_B (a) Giai đoạn đào ur_CĐur_CĐ ur_C ur_C ur_B ur_T ur_K ur_T ur_K ur_Đo ur_Đo ur_T ur_T -2-1.5 h (m) 05 0.5 35 35 ur_C ur_C h (m) -0.5 05 10 15 10 20 15 25 20 30 25 35 30 40 45 40 ur_CĐ ur_CĐ h (m) -1 -0.5 -0.50 00.5 0.5 0 ur (mm) ur (mm) -0.505 050.5 0.5 0 h (m) -1.5 -1 h (m) -2 -1.5 h (m) -2 ur (mm)ur (mm) Kết tính-2.5 chuyển vị -2hướng tâm -1-0.5 Kết chuyển vị hướng -0.5 tính -1.5tâm -2 -1.5 -1.5 -1Hình -1 Hình -0.5 0.5 0.5 -2.5-2 -1.5-1 0 ur (mm) ur (mm) h (m) -2 h (m) 5 0.5 25 25 20 35 35 ur (mm)ur (mm) 0.5 0.5 ur (mm) ur (mm) -0.5 05 05 0.5 0 10 10 5 15 15 10 10 20 20 15 15 25 30 ur_T ur_T -1 -0.5 30 30 -1.5 -1 20 25 -2 -1.5 -0.5 0 25 25 20 ur_C ur_C 0.2 -2 -1 -0.5 h (m) -0.6 -0.4 -1.5 -1 h (m) -0.8 -0.6 -2 -1.5 h (m) -1-0.8 h (m) -1 -0.4 -0.2 h (m) -1 -1-0.8 -0.8 -0.6 -0.6 -0.4 h (m) ur (mm) ur (mm) -0.20 00.2 0.2 -2 0 ur (mm) ur (mm) Anh, P V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng h (m) TạpKhoa chí Khoa học Cơng Xây dựng HUCE Tạp chí học Cơng nghệ nghệ Xây dựng HUCE 20212021 ur_K ur_K ur_Đo ur_Đo 45 45 ur_B (b) Giai đoạn đào ur_CĐ ur_B ur_CĐ ur_K ur_K ur_Đo ur_Đo Hình Kết tính chuyển vị hướng tâm 13 13 Chú thích: (ur_T : chuyển vị tính tốn với áp 13 lực tĩnh, ur_CĐ chuyển vị tính tốn với áp lực chủ 13 động, ur_C chuyển vị tính toán với áp lực theo phương pháp Cheng, ur_B chuyển vị tính tốn với áp lực theo phương pháp Berezantzev ur_K chuyển vị tính tốn với áp lực theo phương pháp Kim) 100 Anh, P V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Giai đoạn đào tới độ sâu 23 m, giai đoạn đào tới độ sâu 28 m (Hình ??) cho thấy chuyển vị tính tốn theo áp lực đất tĩnh phù hợp với kết quan trắc Kết theo ba phương pháp đề xuất có xu hướng giá trị nhỏ với kết quan trắc Điều giải thích chuyển vị hố đào nhỏ (lớn 2,13 mm) nên chưa thể hình thành mặt trượt giả thiết phương pháp sử dụng để phân tích Như [16] áp lực đất lên tường trụ tròn giảm đáng kể xảy biến dạng tường lớn 1,5% bán kính trục Kết kiểm nghiệm cho thấy kết tính tốn chuyển vị theo phương pháp tương đối phù hợp với kết quan trắc Điều cho phép phương pháp đề xuất khả thi để thiết kế sơ hố đào sâu dạng tròn Tùy thuộc vào chiều sâu hố đào, ta xác định áp lực đất theo phương pháp khác để khảo sát giai đoạn thiết kế sơ Kết luận Trong báo đề xuất thiết kế hố đào sâu dạng trụ tròn theo phương pháp giải tích, có khuyến nghị phương pháp khác xác định áp lực đất tác dụng lên tường vây hố đào sâu dạng trụ tròn Kết tính tốn cho thấy phương pháp đề xuất phù hợp áp dụng giai đoạn thiết kế sở Trong tính tốn sơ tính tốn đồng thời áp lực đất theo quan điểm khác (theo quan điểm áp lực tĩnh, áp lực chủ động hay áp lực đất kể đến hiệu ứng vòm Kim et al., Cheng hay Berezantzev) để phân tích ứng suất chuyển vị hố đào sâu trụ tròn Kết chuyển vị nhỏ tính tốn quan trắc cho thấy hiệu giải pháp hố đào sâu trụ tròn, hầu hết áp lực đất hướng tâm chuyển thành ứng suất nén kết cấu tường, giảm biến dạng chuyển vị tường Tài liệu tham khảo [1] Aye, T T., Tong, M., Yi, K., Arunasoruban, E (2014) Design and Construction of Large Diameter Circular Shafts [2] Jia, J., Zhai, J.-Q., Li, M.-G., Zhang, L.-L., Xie, X.-L (2019) Performance of Large-Diameter Circular Diaphragm Walls in a Deep Excavation: Case Study of Shanghai Tower Journal of Aerospace Engineering, 32(5):04019078 [3] Chehadeh, A., Turan, A., Abed, F., Yamin, M (2017) Lateral earth pressures acting on circular shafts considering soil-structure interaction International Journal of Geotechnical Engineering, 13(2):139– 151 [4] Kim, K.-Y., Lee, D.-S., Cho, J., Jeong, S.-S., Lee, S (2013) The effect of arching pressure on a vertical circular shaft Tunnelling and Underground Space Technology, 37:10–21 [5] Westergaard, H M (1940) Plastic state of stress around a deep well [6] Terzaghi, K (1943) Theoretical Soil Mechanics John Wiley & Sons, Inc [7] Prater, E G (1977) An examination of some theories of earth pressure on shaft linings Canadian Geotechnical Journal, 14(1):91–106 [8] Beresantsev, V G (1958) Earth pressure on the cylindrical retaining walls Conference on Earth Pressure Problem, 21–27 [9] Cheng, Y M., Hu, Y Y (2005) Active earth pressure on circular shaft lining obtained by simplified slip line solution with general tangential stress coefficient Chinese Jounal of Geotechnical Engineering, [10] Cheng, Y M., Hu, Y Y., Wei, W B (2007) General Axisymmetric Active Earth Pressure by Method of Characteristics—Theory and Numerical Formulation International Journal of Geomechanics, 7(1): 1–15 [11] Liu, F Q., Wang, J H (2008) A generalized slip line solution to the active earth pressure on circular retaining walls Computers and Geotechnics, 35(2):155–164 101 Anh, P V., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng [12] Liu, F Q., Wang, J H., Zhang, L L (2009) Axi-symmetric active earth pressure obtained by the slip line method with a general tangential stress coefficient Computers and Geotechnics, 36(1-2):352–358 [13] Liu, F Q (2014) Lateral Earth Pressures Acting on Circular Retaining Walls International Journal of Geomechanics, 14(3):04014002 [14] Tobar, T., Meguid, M A (2010) Comparative evaluation of methods to determine the earth pressure distribution on cylindrical shafts: A review Tunnelling and Underground Space Technology, 25(2):188– 197 [15] Cho, J., Lim, H., Jeong, S., Kim, K (2015) Analysis of lateral earth pressure on a vertical circular shaft considering the 3D arching effect Tunnelling and Underground Space Technology, 48:11–19 [16] Shin, Y., Sagong, M (2007) Ground pressure acting on cylindrical retaining wall of a shaft in soft ground Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 26(2):3689–3696 [17] Chehadeh, A., Turan, A., Abed, F (2015) Numerical investigation of spatial aspects of soil structure interaction for secant pile wall circular shafts Computers and Geotechnics, 69:452–461 [18] Prater, E G (1977) An examination of some theories of earth pressure on shaft linings Canadian Geotechnical Journal, 14(1):91–106 [19] Liên, T V (2008) Cơ học môi trường liên tục [20] Vullo, V (2014) Circular cylinders and pressure vessels Springer International Publishing [21] Chehadeh, A (2015) Analysis and design of circular shafts using finite element method [22] Wu, C F., An, H C., Li, F Z (2013) Analysis of the mechanical and deformation characteristics of a circular diaphragm wall Electronic Journal of Geotechnical Engineering, 18:4979–4996 102 ... thi cơng hố đào, giảm giá thành thi cơng Nghiên cứu hố đào sâu hình dạng trịn hạn chế so với hố đào sâu dạng hình chữ nhật nghiên cứu rộng rãi trước [2] Các nghiên cứu hố đào sâu dạng tròn chủ... sơ hố đào sâu dạng tròn Tùy thuộc vào chiều sâu hố đào, ta xác định áp lực đất theo phương pháp khác để khảo sát giai đoạn thiết kế sơ Kết luận Trong báo đề xuất thiết kế hố đào sâu dạng trụ tròn. .. Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả nghiên cứu thiết kế hố đào sâu dạng trụ tròn theo phương pháp giải tích Phương pháp hướng đến việc đơn giản cơng tác thiết kế, dễ ứng dụng giai đoạn thiết kế sơ