Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Phân tích ổn định trong quá trình thi công nhà ga Bến Thành tuyến metro số 1

Trang 1

VŨ NGỌC HẢI

PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG NHÀ GA BẾN THÀNH TUYẾN METRO SỐ 1

STABILITY ANALYSIS IN THE CONSTRUCTION STAGE

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Ngầm Mã số: 8580204

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 8 năm 2021

Trang 2

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI: TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Bùi Trường Sơn

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS Đỗ Thanh Hải

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Nguyễn Anh Tuấn

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 06 tháng 08 năm 2021 (trực tuyến)

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1 Chủ tịch: PGS TS Lê Bá Vinh

2 Thư ký: TS Lại Văn Quí 3 Phản biện 1: TS Đỗ Thanh Hải 4 Phản biện 2: TS Nguyễn Anh Tuấn 5 Ủy viên: ThS Nguyễn Phúc Bình An

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Trang 3

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: VŨ NGỌC HẢI MSHV: 1970292 Ngày, tháng, năm sinh: 15/09/1991 Nơi sinh: Thanh Hóa Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Ngầm Mã số: 8580204

I TÊN ĐỀ TÀI:

PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG NHÀ GA BẾN THÀNH TUYẾN METRO SỐ 1

II NỘI DUNG

- Mô phỏng đánh giá khả năng ổn định của tường vây hố đào khi thi công nhà ga bằng phương pháp đào mở trên cơ sở sơ đồ bài toán phẳng bẳng Plaxis 2D

- Phân tích đánh giá vai trò của lực kích thanh chống lên khả năng giảm chuyển vị ngang nhằm hạn chế ảnh hưởng đến công trình lân cận

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/6/2021

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Bùi Trường Sơn

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS TS Bùi Trường Sơn đã dành nhiều tâm huyết để giảng dạy và truyền đạt những kiến thức khoa học, những kinh nghiệm vô cùng quý giá cho tác giả trong suốt quá trình học tập tại trường Thầy đã hướng dẫn giúp tác giả hình thành nên ý tưởng của đề tài, hướng dẫn phương pháp tiếp cận nghiên cứu Thầy đã có nhiều ý kiến đóng góp quý báu và giúp đỡ rất nhiều trong suốt chặng đường vừa qua Ngoài ra, Thầy đã có nhiều đóng góp trao đổi giúp tác giả hiểu rõ về bản chất đề tài, cũng như trong quá trình thực hiện luận văn này

Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Kỹ thuật Xây dựng, trường Đại học Bách Khoa TP HCM đã tận tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho tác giả trong suốt khóa học cao học vừa qua

Mặc dù bản thân cũng đã cố gắng nghiên cứu và hoàn thiện, tuy nhiên với khả năng và hiểu biết hiện tại của tác giả chắc chắn sẽ không thể tránh khỏi nhưng thiếu sót nhất định Kính mong quý Thầy Cô hãy bỏ qua và chỉ dẫn thêm cho tác giả để bổ sung những kiến thức và hoàn thiện chính bản thân mình hơn

Xin trân trọng cảm ơn quý Thầy Cô

TP Hồ Chí Minh,15 tháng 6 năm 2021 Học viên

Vũ Ngọc Hải

Trang 5

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Luận văn trình bày phân tích ổn định trong quá trình thi công nhà ga Bến Thành tuyến Metro số 1 Mặt bằng công trình được chia ra thành 2 phân đoạn Phân đoạn có thi công cải tại đất và phân đoạn không thi công cải tạo đất Cả 2 phân đoạn đều có cấu tạo gồm 2 tầng hầm, trong quá trình thi công tường vây được chống đỡ bằng 4 tầng khung chống Quá trình phân tích đã sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn Plaxis 2D để mô phỏng lại quá trình thi công thực tế, đồng thời so sánh kết quả thu được với kết quả quan trắc thực tế Kết quả phân tích cho thấy tác dụng của biện pháp gia tải trước trong thanh chống đến giảm thiểu biến dạng tường vây tại phân đoạn không thi công cải tạo đất Ngoài ra, gia tải trước trong thanh chống và cải tạo đất dưới đáy hố đào được phân tích đánh giá độ hiệu quả đến ổn định tường vây trong quá trình thi công tại phân đoạn có thi công cải tạo đất

Trang 6

ABSTRACT

This thesis presents stability analysis during the construction of Ben Thanh station of Metro line No 1 The construction site is divided into 2 segments The segment with soil improvement and the without soil improvement segment Both segments are composed of 2 basements, during construction the diaphragm wall is supported by 4 layers of shoring The analysis process used Plaxis 2D finite element method to simulate the actual construction process, and compare the results obtained with actual monitoring result The analysis results show that the effect of the pre-loading measure in the struts to minimize the deformation of the diaphragm wall at the segment without soil improvement In addition, the pre-loading in the struts and soil improvement at the bottom of the excavation are analyzed for their effectiveness in stabilizing the diaphragm wall during construction at the section with soil improvement

Trang 7

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của Thầy PGS TS Bùi Trường Sơn

Các kết quả trong Luận văn là đúng sự thật và chưa được công bố ở các nghiên cứu khác Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc thực hiện của mình

TP HCM, ngày 12 tháng 8 năm 2021 Học viên

Vũ Ngọc Hải

Trang 8

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ IIILỜI CẢM ƠN IVTÓM TẮT LUẬN VĂN VDANH MỤC BẢNG VIIIDANH MỤC HÌNH ẢNH X

MỞ ĐẦU 1

1 TÍNHCẤPTHIẾTCỦAĐỀTÀI 1

2 MỤCTIÊUNGHIÊNCỨUCỦAĐỀTÀI 1

3 ÝNGHĨAKHOAHỌCCỦAĐỀTÀI 2

4 PHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU 2

5 PHẠMVINGHIÊNCỨUCỦAĐỂTÀI 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG LÊN KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH HỐ ĐÀO SÂU 3

1.1 CÁCYẾUTỐGÂYRAMẤTỔNĐỊNHHỐĐÀOSÂU 3

1.1.1 Ổn định tổng thể kết cấu 3

1.1.2 Ổn định nền đất và công trình xung quanh hố đào 5

1.2 CÁCBIỆNPHÁPCHỐNGĐỠĐẢMBẢOỔNĐỊNHHỐĐÀO 6

1.2.1 Các biện pháp thi công đảm bảo ổn định tổng thể 6

1.2.2 Ổn định nền đất và bảo vệ công trình lân cận 10

1.3 NHẬNXÉTCHƯƠNG 15

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH KẾT CẤU TƯỜNG VÂY VÀ HỆ KHUNG CHỐNG DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG NGOÀI TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU 16

2.1 KHÁINIỆMCƠBẢNVỀHỆTHANHCHỐNGĐỠHỐĐÀO 16

2.2 PHÂNTÍCHLỰCDỌCTRONGHỆTHANHCHỐNGBẰNGBIỆNPHÁPĐƠNGIẢN 17

Trang 9

2.2.1 Xác định tải trọng trên hệ chống theo phương pháp áp lực đất biểu

3.1 CẤUTẠOĐỊACHẤTVÀBIỆNPHÁPỔNĐỊNHHỐĐÀO 36

3.2 QUANTRẮCTRONGQUÁTRÌNHTHICÔNGHỐĐÀOSÂU 50

3.3 MÔHÌNHVÀTỔNGHỢPKẾTQUẢBÀITOÁNMÔPHỎNGHỐĐÀONHÀGABẾNTHÀNH 51

3.3.1 Phân tích đánh giá khả năng ổn định tường vây hố đào phân đoạn không xử lý cải tạo đất 51

3.3.2 Phân tích đánh giá khả năng ổn định tường vây hố đào phân đoạn có xử lý cải tạo đất 66

3.4 KẾTLUẬNCHƯƠNG3 82

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

PHỤ LỤC 87

Trang 10

Bảng 3.4: Thông số mô hình cho tường vây tại phân đoạn có xử lý cải tạo đất

Bảng 3.5: Thông số mô hình cho hệ khung chống tại phân đoạn không xử lý cải tạo đất

Bảng 3.6: Thông số mô hình cho hệ khung chống tại phân đoạn có xử lý cải tạo đất Bảng 3.7: Kết quả quan trắc chuyển vị ngang tường vây phía bắc (P48)

Bảng 3.8: Kết quả quan trắc chuyển vị ngang tường vây phía nam (P06) Bảng 3.9: Kết quả quan trắc chuyển vị ngang tường vây phía bắc (P36) Bảng 3.10: Kết quả quan trắc chuyển vị ngang tường vây phía nam (P16)

Bảng 3.11: Các giai đoạn và thời gian thi công thực tế tương ứng tại phân đoạn không xử lý cải tạo đất

Bảng 3.12: Chuyển vị ngang lớn nhất tường vây phía nam (P06) Bảng 3.13: Chuyển vị ngang lớn nhất tường vây phía bắc (P48)

Bảng 3.14: Tỷ lệ giữa chuyển vị ngang tường vây lớn nhất và chiều sâu đào tại phía nam (P06)

Bảng 3.15: Tỷ lệ giữa chuyển vị ngang tường vây lớn nhất và chiều sâu đào tại phía bắc (P48)

Bảng 3.16: Các giai đoạn và thời gian thi công thực tế tương ứng tại phân đoạn có xử lý cải tạo đất

Bảng 3.17: Chuyển vị ngang lớn nhất tường vây phía bắc (P36) Bảng 3.18: Chuyển vị ngang lớn nhất tường vây phía nam (P16)

Bảng 3.19: Chênh lệch chuyển vị ngang lớn nhất tường vây phía bắc (P36) giữa các phương án thiết kế

Bảng 3.20: Chênh lệch chuyển vị ngang lớn nhất tường vây phía nam (P16) giữa các phương án thiết kế

Trang 11

Bảng 3.21: Chuyển vị ngang tường vây phía bắc (P36) tại cao độ đáy hố đào theo từng giai đoạn

Bảng 3.22: Chuyển vị ngang tường vây phía nam (P16) tại cao độ đáy hố đào theo từng giai đoạn

Bảng 3.23: Chênh lệch chuyển vị ngang tường vây phía bắc (P36) tại cao độ đáy hố đào theo từng giai đoạn giữa các phương án thiết kế

Bảng 3.24: Chênh lệch chuyển vị ngang tường vây phía nam (P16) tại cao độ đáy hố đào theo từng giai đoạn giữa các phương án thiết kế

Trang 12

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 – Một số cơ chế phá hoại do mất ổn định tổng thể Hình 1.2 – Cơ chế phát sinh đẩy trồi hố móng

Hình 1.3 – Sơ đồ dòng thấm trong đất bên dưới tường chắn Hình 1.4 – Ảnh hưởng của công tác đào đến công trình lân cận Hình 1.5 – Biện pháp đào mái dốc

Hình 1.6 – Biện pháp đào sử dụng tường chắn Hình 1.7 – Biện pháp đào sử dụng giằng chống Hình 1.8 – Biện pháp sử dụng neo gia cố tường vây Hình 1.9 – Biện pháp đào từng phần

Hình 1.10 – Biện pháp thi công Top – Down

Hình 1.11 – Mối quan hệ giữa mô đun biến dạng của tường chắn và hệ thanh chống có độ cứng lớn

Hình 1.12 – Mối quan hệ giữa mô đun biến dạng của tường chắn và hệ thanh chống có độ cứng bé

Hình 1.13 – Chiều dài không cố kết trong các giai đoạn thi công hố đào Hình 1.14 – Mối quan hệ giữa áp lực đất, hệ thanh chống và phản lực đất nền Hình 1.15 – Các dạng bố trí cải tạo đất cơ bản

Hình 1.16 – Cấu tạo tường chống ngang

Hình 2.1 – Biểu đồ áp lực đất biểu kiến của Peck

Hình 2.2 – Các biện pháp tính toán tải trọng trên hệ thanh chống

Hình 2.3 – Tải trọng các tầng thanh chống qua các giai đoạn tháo dỡ và thi công sàn hầm

Trang 13

Hình 2.9 – Các đường cong dẻo ứng với các giá trị 𝛾 khác nhau Hình 2.10 – Mô đun 𝐸 trong thí nghiệm nén cố kết

Hình 2.11 – Các mặt dẻo trong mặt phẳng (p – 𝑞) của mô hình Hardening Soil Hình 2.12 – Mặt dẻo trong không gian ứng suất chính của mô hình Hardening Soil Hình 2.13 – Đường cong biến dạng có kể đến sự kết thúc giãn nở trong thí nghiệm 3 trục thoát nước

Hình 2.14 – Biên mô hình khi phân tích hố đào sâu bằng Plaxis Hình 3.1 – Mặt bằng bố trí tường vây tại nhà ga Bến Thành Hình 3.2 – Mặt bằng bố trí hệ giằng chống tại nhà ga Bến Thành

Hình 3.3 – Mặt bằng bố trí hệ khung chống lớp 1 tại phân đoạn không xử lý cải tạo đất

Hình 3.4– Mặt bằng bố trí hệ khung chống lớp 2 tại phân đoạn không xử lý cải tạo đất

Hình 3.5 – Mặt bằng bố trí hệ khung chống lớp 3&4 tại phân đoạn không xử lý cải tạo đất

Hình 3.6 – Mặt bằng bố trí hệ khung chống lớp 1, 2 tại phân đoạn có xử lý cải tạo đất

Hình 3.7 – Mặt bằng bố trí hệ khung chống lớp 3, 4 tại phân đoạn có xử lý cải tạo đất

Hình 3.8 – Mặt bằng thi công cải tạo đất

Hình 3.9 – Mặt cắt ngang hầm đào có cải tạo đất Hình 3.10 – Chi tiết bố trí hệ kích gia tải

Hình 3.11 – Bố trí hệ kích gia tải (Hình ảnh thực tế) Hình 3.12 – Thiết bị đo nghiêng (Inclinometter)

Hình 3.13 – Mặt bằng công trường tại phân đoạn không xử lý cải tạo đất

Hình 3.14 – Mặt cắt ngang hố đào và bố trí hệ khung chống tại phân đoạn không xử lý cải tạo đất

Hình 3.15 – Sơ đồ tính toán mô phỏng và thông số kích thước mô hình ở phân đoạn không xử lý cải tạo đất

Trang 14

Hình 3.16 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn không xử lý cải tạo đất giai đoạn đào đất lớp 2 đến cao độ EL: -6,00 m

Hình 3.17 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn không xử lý cải tạo đất giai đoạn lắp khung chống lớp 2 tại cao độ EL: -5,00 m

Hình 3.30 – Mặt bằng công trường tại phân đoạn có xử lý cải tạo đất

Trang 15

Hình 3.31 – Mặt cắt ngang hố đào và bố trí hệ khung chống tại phân đoạn có xử lý cải tạo đất

Hình 3.32 – Sơ đồ tính toán mô phỏng và thông số kích thước mô hình ở phân đoạn có xử lý cải tạo đất

Hình 3.33 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn có xử lý cải tạo đất giai đoạn đào đất lớp 2 đến cao độ EL: -4,00 m

Hình 3.34 – Chuyển vị ngang tường vây hố đào tại phân đoạn có xử lý cải tạo đất giai đoạn lắp khung chống lớp 2 tại cao độ EL: -3,00 m

Trang 16

Trang 17

MỞ ĐẦU 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Tốc độ đô thị hóa ngày càng nhanh trong những năm gần đây ở các thành phố lớn đã khiến quỹ đất cho các công trình xây dựng đang ngày bị thu hẹp Để sử dụng một cách hiệu quả diện tích đất sử dụng, các nhà đầu tư đều chọn xu thế phát triển công trình của họ sâu vào trong lòng đất Đây chính là xu thế phát triển đô thị theo chiều thẳng đứng và là giải pháp cần thiết hiện nay cho các thành phố đông đúc trên thế giới Kèm theo sự phát triển đó, các giải pháp công nghệ để đảm bảo thi công an toàn càng cần phải nghiên cứu và phát triển Đặc biệt, do tính chất đặc thù của các công trình ngầm thường nằm trong thành phố, nơi có mật độ xây dựng hiện hữu cao, các sai lầm dù nhỏ trong quá trình thi công cũng dẫn đến những hậu quả rất lớn Đề tài “Phân tích ổn định trong quá trình thi công nhà ga Bến Thành tuyến metro số 1” được chọn lựa cho luận văn nhằm phân tích khả năng ổn định của công trình cũng như các tác động trong quá trình thi công đến các công trình hiện hữu

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

- Tìm hiểu, nghiên cứu các biện pháp thường được sử dụng nhằm ổn định tổng thể hố đào và bảo vệ công trình lân cận trong quá trình thi công hố đào sâu

- Nghiên cứu biện pháp thi công hố đào đang được áp dụng tại nhà ga Bến Thành thuộc tuyến đường sắt đô thị số 1 Bến Thành – Suối Tiên

- Mô phỏng lại biện pháp thi công hố đào sâu tại nhà ga Bến Thành bằng phần mềm Plaxis từ đó phân tích, so sánh với kết quả quan trắc thực tế

- Phân tích ý nghĩa, tính hiệu quả của lớp đất cải tạo dưới đáy hố đào trong việc ổn định đáy hố đào và giảm biến dạng tường vây tại Nhà Ga Bến Thành

- Phân tích tính hiệu quả của gia tải trước trong thanh chống Mục đích và tác dụng thực tế đối với việc hạn chế chuyển vị ngang tường vây và bảo vệ công trình lân cận.

Trang 18

3 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI

- Là tài liệu tham khảo phục vụ cho việc học tập và nghiên cứu biện pháp thi công hố đào sâu trong thành phố

- Là tài liệu tham khảo để đánh giá các biện pháp ổn định hố đào và bảo vệ công trình lân cận, từ đó có thể đưa ra những giải pháp thi công hợp lý cho công trình

- Là tài liệu tham khảo cho việc tính toán và mô hình biện pháp thi công hố đào sâu

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, thu thập các tài liệu nghiên cứu trước đây liên quan đến biện pháp thi công hố đào sâu, biện pháp ổn định hố đào và bảo vệ công trình lân cận

- Mô phỏng các biện pháp ổn định hố đào bằng phần mềm Plaxis từ đó có được các mô hình thực tế thi công phục vụ mục đích đánh giá so sánh

- Phân tích kết quả quan trắc thực tế từ đó có được những so sánh đánh giá với mô hình tính toán

5 PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỂ TÀI

Đề tài tập trung phân tích đánh giá khả năng ổn định của công trình hầm đào hở trong quá trình thi công và một số yếu tố ảnh hưởng lên khả năng ổn định Các yếu tố hạ mực nước ngầm, khả năng mất ổn định của các công trình lân cận và một số yếu tố khác chưa được đề cập phân tích đánh giá

Trang 19

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG LÊN KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH HỐ ĐÀO SÂU

1.1 CÁC YẾU TỐ GÂY RA MẤT ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU 1.1.1 Ổn định tổng thể kết cấu

Sự phá huỷ hố đào có thể xảy ra do ứng suất trong hệ chống vượt quá khả năng chịu tải của nó hay mô men trong tường chắn vượt quá mô men giới hạn Đây là các dạng phá hoại về khả năng chịu lực của kết cấu chắn tạm

1.1.1.1 Phá hoại cắt tổng thể

Khi ứng suất cắt tại một điểm trong đất vượt quá hoặc bằng sức kháng cắt của đất tại điểm đó, thì điểm đó rơi vào trạng thái phá hoại hoặc trạng thái giới hạn Khi nhiều điểm phá hoại liên kết với nhau, mặt phá hoại sẽ được hình thành gây phá hoại hố đào hoặc sập hố đào

Hình 1.1 – Một số cơ chế phá hoại do mất ổn định tổng thể

Trang 20

1.1.1.2 Đẩy trồi hố đào

Nếu bên dưới đáy hố đào tồn tại lớp đất không thấm nước nằm trên lớp đất thấm tốt như cát hoặc đá dăm thì lớp đất không thấm nước có khả năng bị đẩy trồi bởi áp lực nước ngầm từ lớp thấm nước tốt

Hình 1.2 – Cơ chế phát sinh đẩy trồi hố móng 1.1.1.3 Cát chảy

Khi mực nước ngầm bên trong hố đào thấp hơn mực nước bên ngoài hố đào, điều này gây chênh lệch áp suất và hình thành dòng thấm trong đất Dòng thấm này nếu chảy qua lớp cát nằm bên dưới hố đào sẽ có khả năng mang theo cát tràn vào trong đáy hố đào

Hình 1.3 – Sơ đồ dòng thấm trong đất bên dưới tường chắn

Trang 21

1.1.2 Ổn định nền đất và công trình xung quanh hố đào

Trong quá khứ, khi chiều sâu các hố đào còn hạn chế, sự ảnh hưởng của công tác đào đến môi trường xung quanh không đáng kể Gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ kéo theo đó là sự gia tăng về chiều sâu và kích thước hố đào đã gây ra những ảnh hưởng không nhỏ đến nền đất xung quanh và công trình lân cận trong phạm vi thi công hố đào

Lún nền đất đặc biệt là lún lệch sẽ gây ra những tác động xấu đến thành phần kết cấu của một ngôi nhà như dầm, cột, tường, móng từ đó gây ra những vế nứt dẫn đến giảm tuổi thọ công trình hoặc hư hại công trình

Một trong những lý do gây nên lún nền đất xung quanh có thể xảy đến trong quá trình thi công hố đào là việc kiểm soát biến dạng tường chắn không tốt

Hình 1.4 - Ảnh hưởng của công tác đào đến công trình lân cận

Trang 22

1.2 CÁC BIỆN PHÁP CHỐNG ĐỠ ĐẢM BẢO ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO 1.2.1 Các biện pháp thi công đảm bảo ổn định tổng thể

Hố đào sâu, bao gồm thi công tường chắn, đào kết cấu, lắp đặt thanh chống, thi công móng, thi công sàn…với các biện pháp thi công đa dạng đòi hỏi những tính toán thích hợp trong quá trình thiết kế Chúng ta phải xem xét kết hợp, điều kiện địa chất khu vực, điều kiện môi trường, các giai đoạn thi công, giá thành và sự sẵn có của thiết bị

Những biện pháp thi công thường được sử dụng: thi công đào hở, biện pháp đào sử dụng giằng chống, Biện pháp đào từng phần, biện pháp đào sử dụng neo, biện pháp thi công top-down

1.2.1.1 Biện pháp đào hở toàn phần

Biện pháp đào hở hoàn toàn có thể được chia thành 2 loại là đào mái dốc và đào sử dụng tường chắn không giằng chống Biện pháp đào mái dốc không sử dụng tường chắn hoặc khung chống Thay vào đó, thành hố đào được tạo dốc để đảm bảo ổn định nền đất sau hố đào, tránh sạt trượt Biện pháp sử dụng tường chắn không giằng chống thì độ cứng của tường chắn là yếu tố duy nhất đảm bảo ổn định cho hố đào

Hình 1.5 – Biện pháp đào mái dốc

Trang 23

Hình 1.6 – Biện pháp đào sử dụng tường chắn 1.2.1.2 Biện pháp đào sử dụng giằng chống

Thanh chống dọc cùng hệ giằng ngang được lắp đặt phía trước tường chắn để chống lại áp lực đất phía sau tường

Hình 1.7 – Biện pháp đào sử dụng giằng chống

Trang 24

1.2.1.3 Biện pháp sử dụng neo gia cố tường vây

Thay vì sử dụng thanh chống biện pháp này sử dụng neo giữ để cân bằng lại áp lực đất phía sau tường vây

Hình 1.8 Biện pháp sử dụng neo gia cố tường vây 1.2.1.4 Biện pháp đào từng phần

Phần giữa khu vực thi công được đào trước, phần giáp tường chắn được giữ lại để chống đỡ áp lực đất phía sau tường Sau đó thi công kết cấu chính ở giữa hố đào, kết hợp giằng chống và phần kết cấu đã thi công để giữ ổn định hố đào Đào phần đất còn lại giáp tường vây và thi công kết cấu chính

Hình 1.9 – Biện pháp đào từng phần

Trang 25

1.2.1.5 Biện pháp Top – down

Theo như biện pháp đào sử dụng giằng chống, công tác đào sẽ được tiến hành từ trên xuống dưới đến cao độ đáy hố đào sau đó móng bè hoặc các tấm sàn sẽ được thi công Hệ giằng chống sẽ được tháo từng lớp một sau khi thi công xong từng sàn Theo đó toàn bộ công tác thi công sẽ được hoàn thành sau khi tháo hệ giằng chống trên cùng Biện pháp thi công như vậy được gọi chung là Bottom-up

Ngược lại với biện pháp Bottom-up, biện pháp thi công Top-down sẽ tiến hành thi công sàn kết cấu ngay sau khi đào đến cao độ sàn Kết cấu sàn vĩnh cữu sẽ được dùng để thay thế hệ giằng chống tạm bằng thép chống lại áp lực đất phía sau tường chắn Theo đó kết cấu tầng hầm sẽ được hoàn thành cùng lúc với công tác đào

Hình 1.10 – Biện pháp thi công Top – Down

Trang 26

1.2.2 Ổn định nền đất và bảo vệ công trình lân cận 1.2.2.1 Biến dạng tường chắn và độ cứng của hệ chống

Theo như Hình 1.11, khi bắt đầu đào đất giai đoạn thứ nhất, chuyển vị của tường chắn sẽ xuất hiện và có dạng như một consol (Hình 1.11a) Sau khi lắp đặt tầng thanh chống thứ nhất và tiến hành đào đất giai đoạn 2, nếu hệ thanh chống có độ cứng đủ lớn, tướng chắn sẽ xoay xung quanh điểm tiếp xúc giữa hệ thanh chống và tường, khi đó biến dạng của tường chắn có dạng như Hình 1.11b, chuyển vị lớn nhất của tường chắn xảy ra gần bề mặt hố đào Hoàn tất lắp đặt tầng thanh chống thứ hai và tiến hành đào đất giai đoạn 3, giả định rằng độ cứng tầng thanh chống thứ hai cũng đủ lớn, khi đó tường chắn sẽ tiếp tục xoay xung quanh điểm tiếp xúc giữa tầng thanh chống 2 và tường, biến dạng của tường chắn có dạng như Hình 1.11c, chuyển vị lớn nhất của tường chắn cũng xảy ra gần bề mặt hố đào

Trong trường hợp bên dưới hố đào là lớp đất yếu, lực chống để ngăn cản chuyển vị của tường chắn vào bên trong hố đào nhỏ, khi đó chuyển vị lớn nhất của tường

Trang 27

chắn thường xảy ra ở bên dưới bề mặt hố đào Ngược lại khi bên dưới là lớp đất tốt, chuyển vị lớn nhất của tường chắn thường xuất hiện trên bề mặt của hố đào

Khi hệ thanh chống có độ cứng bé, tại vị trí tiếp xúc giữa tầng thanh chống thứ nhất với giai đoạn đào thứ 2 và tầng thanh chống thứ hai với với giai đoạn đào thứ 3, chuyển vị của tường chắn lớn Dạng biến dạng sau cùng của tường chắn sẽ có dạng gần với consol và chuyển vị lớn nhất sẽ xuất hiện tại đỉnh tường chắn

1.2.2.2 Giảm khoảng cách từ vị trí khung chống đến cao độ đào

Khoảng cách từ vị trí khung chống đến mặt cao độ đào đất càng lớn có nghĩa là phần tường chắn không được chống đỡ cũng sẽ càng lớn Điều này sẽ làm tăng biến dạng tường chắn ảnh hưởng đến biến dạng nền đất phía sau tường chắn

Sự rút ngắn khoảng cách của hệ thanh chống theo phương đứng có thể tác động hữu hiệu trong việc giảm biến dạng của tường chắn bởi vì độ cứng của hệ thanh chống được gia tăng Mặt khác, vì biến dạng của tường chắn là kết quả tích lũy xuyên qua các giai đoạn đào đất khác nhau, khi khoảng cách theo phương đứng của hệ thanh chống được rút ngắn, chiều dài không chống đỡ trong mỗi giai đoạn đào đất giảm,

Trang 28

kết quả là biến dạng của tường chắn cũng sẽ suy giảm Chiều dài không chống đỡ là khoảng cách giữa cao độ tầng thanh chống thấp nhất đến bề mặt hố đào

Hình 1.13 – Chiều dài không cố kết trong các giai đoạn thi công hố đào 1.2.2.3 Giảm ảnh hưởng của từ biến

Từ biến là hiện tượng biến dạng tăng lên theo thời gian với điều kiện ứng suất không đổi Từ biến thường xuất hiện ở các lớp đất sét Đất càng mềm thì đặc điểm của từ biến càng rõ ràng Từ biến liên quan đến thời gian và ứng suất Nó tăng lên theo thời gian và ứng suất Đất ở gần tường chắn và trên bề mặt hố đào gần đạt tới trạng thái giới hạn Đất có đặc điểm từ biến rất dễ bị biến dạng Để hạn chế biến dạng nền đất nên giảm thiểu thời gian chờ giữa các giai đoạn thi công

1.2.2.4 Tăng độ cứng của hệ tường chắn và khung chống

Về lý thuyết, tăng độ cứng của tường chắn có thể làm giảm biến dạng tường chắn và độ lún của nền đất Biện pháp để tăng độ cứng của hệ tường chắn và khung chống là tăng bề dày hoặc độ cứng của tường chắn, giảm khoảng cách theo phương ngang giữa các thanh chống, tăng độ cứng của mỗi thanh chống và giảm khoảng cách giữa các lớp thanh chống theo phương đứng

Khoảng cách của hệ thanh chống có thể được chia thành khoảng cách theo phương ngang và khoảng cách theo phương dọc Sự thu hẹp khoảng cách theo phương ngang làm gia tăng độ cứng của hệ chống trên đợn vị bề rộng hố đào, khi đó biến dạng của tường chắn tương ứng với trường hợp thanh chống có độ cứng lớn đã được trình bày ở trên

Trang 29

1.2.2.5 Gia tải trước trong thanh chống

Khi sử dụng phương pháp đào hở có hệ giằng, hệ thanh chống thường được kích tải trước Giả định rằng hệ thanh chống được lắp đặt ở cao độ nông, áp lực ngang của đất nền còn bé, do đó việc kích tải trước cho hệ thanh chống có thể đẩy tường chắn ra ngoài Nếu hệ thanh chống được lắp đặt ở cao độ sâu hơn, áp lực ngang của đất nền gia tăng theo độ sâu, khi đó việc kích tải trước cho hệ thanh chống sẽ không thể đẩy tường chắn ra ngoài một cách dễ dàng

Thực sự, sẽ không có vấn đề gì khi việc kích tải trước gây ra sự di chuyển của tường chăn vì khi xét tổng thể toàn bộ quá trình đào đất và lắp đặt hệ thanh chống, việc kích tải trước luôn luôn hữu ích đối với việc giảm chuyển vị của tường chắn cũng như lún bề mặt của đất nền

Hình 1.14 – Mối quan hệ giữa áp lực đất, hệ thanh chống và phản lực đất nền Như đã biết, một khi tiến hành đào đất để thi công tầng hầm, tường chắn sẽ không thể tránh khỏi chuyển vị hướng vào bên trong hố đào, và hiện tượng này sẽ làm cho áp lực đất sau lưng tường chắn dần đạt đến giá trị áp lực chủ động Hình 1.14 cho thấy phương pháp sử dụng hệ thanh chống và phản lực đất bên trong hố đào để chống lại áp lực ngang của đất sau lưng tường chắn Theo nguyên tắc cân bằng tải trọng, khi hệ thanh chống chịu được nhiều áp lực ngang của đất do được kích tải trước, thì đất bên dưới bề mặt hố đào sẽ chịu tải ít hơn, từ đó dẫn đến giảm chuyển vị của tường chắn

Trang 30

1.2.2.6 Cải tạo đất

Mục đích của cải tạo đất là nhằm tăng cường độ hoặc khả năng chống thấm của đất được cải tạo Bước đầu tiên cần phải xác định được vị trí áp dụng cải tạo đất Cải tạo đất bên ngoài hố đào sẽ làm giảm áp lực chủ động của đất tác dụng lên tường chắn và làm tăng áp lực bị động của đất tác dụng lên tường chắn nếu áp dụng cải tạo đất bên trong hố đào Tuy nhiên tác dụng của cải tạo đất bên trong hố đào luôn lớn hơn cải tạo đất bên ngoài hố đào bởi vì nó trực tiếp chống lại chuyển vị của tường chắn

Hình 1.15 – Các dạng bố trí cải tạo đất cơ bản (a) Dạng khối

(b) Dạng cọc (c) Dạng tường 1.2.2.7 Tường chống ngang

Một tường ngang kết nối hai phía đối diện nhau của tường chắn sẽ được thi công trước khi tiến hành đào Nó có thể sử dụng các biện pháp cải tạo đất như phun vữa hoặc trộn sâu trong đất để thi công Cơ chế của tường ngang trong việc giảm biến dạng tường chắn khác biệt khá nhiều so với cải tạo đất Về mặt thiết kế, cải tạo đất nhằm mục đích nâng cao cường độ của đất phía trước tường chắn khi nó quá mềm và không đủ sức kháng bị động Tường ngang nên được xem như thanh chống hiện hữu trước khi đào đất và có khả năng chịu nén tốt Về lý thuyết, vị trí của tường ngang phải được bố trí bên dưới điểm dễ bị biến dạng bởi tác dụng của nó là chống lại sự chuyển vị

Trang 31

(a) (b) Hình 1.16 – Cấu tạo tường chống ngang

(a) Mặt bằng bố trí tường chống ngang (b) Mặt cắt bố trí tường chống ngang 1.3 NHẬN XÉT CHƯƠNG

Các biện pháp đào thường được sử dụng được giới thiệu trong chương này, bao gồm biện pháp đào mở hoàn toàn, biện pháp đào sử dụng giằng chống, biện pháp đào sử dụng neo, Biện pháp đào từng phần, biện pháp top – down có những điểm mạnh riêng biệt và những mặt hạn chế Trong thực tế, một hoặc một số trong số chúng có thể được áp dụng độc lập hoặc kết hợp với nhau tùy theo điều kiện địa chất của địa phương, điều kiện môi trường, thiết bị sẵn có, thời gian xây dựng và ngân sách cho phép Đây là thách thức đối với kiến thức và kinh nghiệm của các kỹ sư

Có nhiều nguyên nhân dẫn đến việc mất ổn định tổng thể hố đào như áp lực sau tường chắn vượt quá khả năng chịu lực của hệ chống, đẩy trồi hố đào hoặc cát chảy…Tất cả những yếu tố đó phải được xem xét, đánh giá và tính toán trong quá trình thiết kế biện pháp thi công hố đào

Trang 32

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH KẾT CẤU TƯỜNG VÂY VÀ HỆ KHUNG CHỐNG DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG NGOÀI

TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU

2.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ HỆ THANH CHỐNG ĐỠ HỐ ĐÀO

Trong quá trình thi công đào đất tầng hầm, tường chắn không chịu được áp lực ngang của đất nền, do đó hệ thanh chống đỡ hố đào thường được yêu cầu sử dụng Việc lựa chọn hệ thanh chống không chỉ phụ thuộc vào độ lớn của áp lực ngang, mà còn phụ thuộc vào thời gian lắp đặt và những trở ngại mà hệ thanh chống mang lại trong quá trình thi công tầng hầm

 Căn cứ theo vật liệu làm thanh chống, có thể chia ra làm 3 loại:  Thanh chống gỗ

Chi phí rẻ nhưng cường độ chịu nén thấp, dễ nứt, rất nhạy cảm với sự ăn mòn, độ cứng dọc trục bé Bên cạnh đó, việc nối ghép các thanh gỗ với nhau rất khó khăn, đồng thời không thể tái sử dụng cho công trình khác Chính vì những lý do đó nên hệ thanh chống bằng gỗ ít được sử dụng trong thi công hố đào

 Thanh chống bằng bê tông

Độ cứng dọc trục lớn nên có thể sử dụng với các hố đào có hình dạng khác nhau mà không gây ra sự chùng ứng suất Tuy nhiên, hệ thanh chống bằng bê tông có trọng lượng lớn, không dễ dàng cho việc tháo dỡ, việc kích tải trước cho hệ cũng rất khó khăn và cần nhiều thời gian để hệ đạt đến cường độ cho phép Do đó, hệ thanh chống bằng bê tông cũng không phải là sự lựa chọn tối ưu trong thi công hố đào

 Thanh chống bằng thép

Hệ thanh chống bằng thép có nhiều ưu điểm như: dễ lắp đặt và tháo dỡ, thời gian thi công ngắn, chi phí thấp, dễ kích tải trước Do đó, hệ thanh chống bằng thép được sử dung rộng rãi trong thi công hố đào sâu

 Căn cứ theo chức năng của hệ chống, có thể chia ra làm nhiều loại như hệ thanh chống ngang (horizontal struts), hệ thanh chống xiên (rakers), hệ neo (anchors), sàn thi công top- down…

Trang 33

2.2 PHÂN TÍCH LỰC DỌC TRONG HỆ THANH CHỐNG BẰNG BIỆN PHÁP ĐƠN GIẢN

2.2.1 Xác định tải trọng trên hệ chống theo phương pháp áp lực đất biểu kiến Để thiết kế hệ chống, việc làm đầu tiên là phải phân tích tải trọng trên hệ trong quá trình thi công đào đất Tải trọng trên hệ thanh chống có thể được tính toán theo biện pháp phần tử hữu hạn, biện pháp dầm trên nền đàn hồi hay biện pháp áp lực đất biểu kiến để phân tích tải trọng trên hệ

Peck (1969) giả định tải trọng trên từng cao độ của các tầng thanh chống được gây ra bởi áp lực đất trong phạm vi một nửa nhịp theo phương đứng giữa tầng thanh chống bên trên và tầng thanh chống hiện tại và một nữa nhịp theo phương đứng giữa tầng thanh chống hiện tại và tầng thanh chống bên dưới Sau đó ông tính toán kiểm tra lại áp lực đất theo tải trọng thanh chống đạt được Hình bao áp lực đất thu được theo cách này được chia thành 3 biểu đồ áp lực đất, gọi là áp lực đất biểu kiến

Hình 2.1 – Biểu đồ áp lực đất biểu kiến của Peck (a) Cát

(b) Sét yếu và trung bình yếu (𝛾𝐻 𝑆⁄ > 4) (c) Sét cứng (𝛾𝐻 𝑆⁄ ≤ 4)

Trang 35

Hình 2.2 – Các biện pháp tính toán tải trọng trên hệ thanh chống (a) Biện pháp một nửa (Half method)

(b) Biện pháp áp lực bên dưới (Underneath pressure method) (c) Biện pháp gối tựa đơn (Simply supported method)

 Các biện pháp tính toán tải trọng trên hệ thanh chống  Biện pháp một nửa (Half method)

Biện pháp một nửa giả định tải trọng trên từng cao độ của các thanh chống là tổng hợp áp lực đất trong phạm vi một nữa nhịp theo phương đứng giữa tầng thanh chống bên trên và tầng thanh chống hiện tại và một nửa nhịp theo phương đứng giữa tầng thanh chống hiện tại và tầng thanh chống bên dưới Cách tính toán của biện pháp này là bài toán ngược (Hình 2.2a)

 Biện pháp áp lực bên dưới (Undernearth pressure method)

Biện pháp áp lực bên dưới giả định tải trọng trên từng cao độ của các tầng thanh chống là tổng hợp áp lực đất bên dưới tầng thanh chống đó Trong biện pháp này, tải trọng trên tầng thanh chống khi mới lắp đặt nhỏ, sau đó sẽ tăng dần qua các giai đoạn thi công đào đất (Hình 2.2b)

 Biện pháp gối tựa đơn (Simply supported method)

Biện pháp gối tựa đơn giả định vị trí tựa của thanh chống với tường chắn là khớp Quá trình tính toán bằng biện pháp này như trong Hình 2.2c

 Từ những phân tích trên có thể thấy rằng áp lực đất biểu kiến là áp lực đất được suy từ tải trọng trên hệ thanh chống hơn là áp lực thật của đất nền Do đó, áp lực đất biểu kiến chỉ dùng để tính toán tải trọng trên hệ thanh chống, không dùng để tính toán ứng suất hay momen uốn của tường chắn

 Theo kết quả đã được rút ra từ nhiều nghiên cứu cũng như theo những kinh nghiệm thực tế, biện pháp áp lực đất biểu kiến chỉ phù hợp với chiều sâu đào không lớn hơn 10 m Riêng đối với các hố đào có độ sâu trên 20 m, việc ứng dụng của biện pháp này còn cần có nhiều khảo sát và kiểm tra hơn

Trang 36

2.2.2 Sự gia tăng tải trọng trên hệ thanh chống trong giai đoạn tháo dỡ và thi công sàn tầng hầm

Tại giai đoạn tháo dỡ hệ thanh chống và thi công sàn tầng hầm, tầng thanh chống bên trên của tầng thanh chống bị tháo dỡ và sàn tầng hầm bên dưới có thể được xem như 2 điểm tựa Nhịp giữa tầng thanh chống bên trên và sàn hầm được xem xét là dầm tựa đơn Lực dọc trong tầng thanh chống bị tháo dỡ có thể xem như một lực tập trung gây ra trên dầm tựa đơn, có chiều cùng chiều với áp lực ngang của đất nền Lực tập trung này là tổng của lực trong tầng thanh chống tại giai đoạn đào đất cuối cùng và sự gia tăng tải trọng của tầng thanh chống do sự tháo dỡ của tầng thanh chống khác ở giai đoạn trước

Hình 2.3 – Tải trọng các tầng thanh chống qua các giai đoạn tháo dỡ và thi công sàn hầm

𝑅 , 𝑅 , 𝑅 , 𝑅 – Phản lực phát sinh do sự tháo dỡ hệ thanh chống

𝑃 , 𝑃 – Lực dọc trong hệ thanh chống ở giai đoạn đào đất cuối cùng, có thể xác định bằng biện pháp áp lực đất biểu kiến

Do đó, khi thiết kế hệ thanh chống, cần chú ý đến sự gia tăng tải trọng trong tầng thanh chống do việc tháo dỡ tầng thanh chống khác Việc tháo dỡ này làm cho tầng thanh chống bên trên làm việc ở trạng thái nguy hiểm, vì vậy cần có biện pháp kiểm tra hoặc gia cường hợp lý, đảm bảo không làm gia tăng chuyển vị của tường chắn

Trang 37

2.3 PHÂN TÍCH MỐI QUAN HỆ GIỮA BIẾN DẠNG CỦA TƯỜNG CHẮN VÀ ĐỘ LÚN BỀ MẶT CỦA ĐẤT NỀN

2.3.1 Dạng độ lún bề mặt của đất nền

Hình dạng độ lún bề mặt của đất nền gây ra bởi quá trình đào đất có thể được chia thành hai loại: dạng vòm (spandrel type) và dạng lõm (concave type) Các yếu tố chính quyết định hai dạng độ lún bề mặt này là độ lớn chuyển vị và hình dạng biến dạng của tường chắn

Nếu giai đoạn đào đầu tiên làm phát sinh chuyển vị tường chắn lớn hơn các giai đoạn đào sau đó, hay quá trình đào ở các giai đoạn sau tiếp tục làm cho chuyển vị tường chắn có dạng consol thì độ lún bề mặt dạng vòm nhiều khả năng xảy ra và giá trị lớn nhất của độ lún sẽ được tìm thấy tại vị trí gần với tường chắn

Trong trường hợp chuyển vị của tường chắn lớn nhất xuất hiện tại xung quanh bề mặt hố đào, khi đó giá trị lớn nhất của độ lún bề mặt đất sẽ được tìm thấy tại một khoảng cách Dm (Hình 2.4) nào đó sau lưng tường chắn và độ lún này có dạng lõm

Hình 2.4 – Các dạng độ lún bề mặt của đất nền

Trang 38

2.3.2 Xác định giá trị lớn nhất của độ lún bề mặt đất nền

Vì các nhân tố ảnh hưởng đến biến dạng tường chắn cũng ảnh hưởng đến độ lún bề mặt đất nền, nên có sự tồn tại mối quan hệ xác định giữa giá trị lớn nhất của chuyển vị tường chắn và giá trị lớn nhất của độ lún bề mặt đất nền

Hình 2.5 cho thấy mối quan hệ giữa biến dạng tường chắn và độ lún bề mặt đất nền đạt được từ quá trình thi công hố đào ở Teipei, Chicago, San Francisco và Oslo (Mana và Clough, 1981; Ou et al., 1993)

Qua hình vẽ, có thể nhận thấy 𝛿 ≈ (0.5 − 0.75)𝛿 đối với hầu hết các trường hợp, trong đó giá trị cận dưới cho đất cát, cận trên cho đất sét Đối với các loại đất rất yếu 𝛿 ≈ 𝛿 (𝛿 – giá trị độ lún bề mặt đất nền, 𝛿 – giá trị chuyển vị ngang của tường chắn)

Hình 2.5 – Quan hệ giữa giá trị lớn nhất của chuyển vị tường chắn và độ lún bề mặt đất nền (Ou et al, 1993)

Do đó, để xác định giá trị lớn nhất của độ lún bề mặt đất nền, có thể sử dụng biện pháp dầm trên nền đàn hồi hoặc biện pháp phần tử hữu hạn để tính toán giá trị lớn nhất của chuyển vị tường chắn gây ra bởi quá trình thi công, sau đó ước lượng độ lún bề mặt dựa vào mối quan hệ giữa chúng

Trang 39

2.4 PHÂN TÍCH BÀI TOÁN HỐ ĐÀO SÂU BẰNG BIỆN PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN SỬ DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS

2.4.1 Quan hệ thoát nước và không thoát nước trong Plaxis  Quan hệ thoát nước (Drained)

Phân tích “Drained” được sử dụng nhằm mục đích không phát sinh áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trong đất nền Đất và nước được xem như 1 vật liệu duy nhất (đất) đang chịu tải (không liên quan gì đến thoát nước)

Phân tích “Drained” chủ yếu áp dụng cho các loại đất rời (thoát nước nhanh) và ứng xử lâu dài của đất sét

 Quan hệ không thoát nước (Undrained)

Phân tích “Undrained” được sử dụng nhằm mục đích xem xét ứng xử của đất nền theo ứng suất hữu hiệu, có kể đến quá trình phát triển áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trong đất theo lý thuyết cố kết của Terzaghi:

𝜎 = 𝜎 + 𝜎

Phân tích “Undrained” trong Plaxis cho phép xác định khả năng chịu tải của đất nền dựa vào 2 thành phần vật liệu là khung hạt đất và nước lỗ rỗng trong đất Trong quá trình chịu tải, Plaxis sẽ tự động đưa ra thông số mô đun đàn hồi thể tích tổng Ku

(cho khung hạt đất + nước lỗ rỗng trong đất): 𝐾 = 𝐾 +𝐾

𝑛Với n là độ rỗng của đất

Dựa vào hệ số Skempton B, quá trình phân tích khả năng chịu tải của đất và nước sẽ được tính toán nhưu sau:

Ứng suất tổng:

∆𝑝 = 𝐾 ∆𝜀 Ứng suất hữu hiệu:

∆𝑝 = (1 − 𝐵)∆𝑝 = 𝐾 ∆𝜀 Áp lực nước lỗ rỗng:

∆𝑝 = 𝐵∆𝑝 = 𝐾𝑛 ∆𝜀

Trang 40

Với thông số Skempton:

1 +𝑛𝐾𝐾Và mô đun khối hữu hiệu:

𝑉 = 0.495 – khi chọn chế độ tính toán “Standard”

Hoặc 𝑉 = ( ) – khi chọn chế độ tính toán “Manual” Mô đun độ lớn của nước lỗ rỗng sẽ được tính toán như sau:

Để tính toán gần chính xác thì mô đun độ lớn của nước phải lớn hơn mô đun khối của khung hạt đất gấp nhiều lần, (Kw >>nK’) Để điều kiện này được thỏa mãn thì hệ số Poisson v’≤0.35, khi đó: Kw>30nK’

Thông thường, nếu kết quả tính toán 𝐾 ,

𝑛 vẫn còn nhỏ hơn độ cứng thực sự của nước là 𝐾 = 2 10 (kN/m2)

Nếu thông số Skempton B chưa được biết nhưng độ bão hòa S và độ rỗng n của đất được xác định thì thông số skempton sẽ được tính toán như sau:

𝐾 𝐾

𝑆𝐾 + (1 − 𝑆) 𝐾1𝑛Với K = 200 kN/m2

Để chọn lựa quan hệ “Undrained” hay “Drained” trong phân tích Vermeer và Meier (1998), dựa vào yếu tố thời gian cố kết T: