Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Hiệu chỉnh kết quả chuyển vị ngang của tường vây từ đo đạc Inclinometer trong hố đào sâu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

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 Trần Văn Tuẩn Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS.TS Võ Phán

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày 9 tháng 9 năm 2020

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm: 1 PGS.TS Lê Bá Vinh

2 PGS.TS Võ Phán 3 TS Đỗ Thanh Hải 4 TS Trần Văn Tuẩn

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: NGUYỄN VĂN THÀNH MSHV: 1870418

Ngày, tháng, năm sinh: 11/03/1995 Nơi sinh: Nghệ An Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Ngầm Mã số : 8.58.02.04

I TÊN ĐỀ TÀI: Hiệu chỉnh kết quả chuyển vị ngang của tường vây từ đo đạc

Inclinometer trong hố đào sâu

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Mở đầu : Giới thiệu tổng quan về đề tài

Chương 1 : Tổng quan hố đào sâu và một số yếu tố ảnh hưởng lên chuyển vị ngang tường vây hố đào

Chương 2 : Cơ sở lý thuyết quan trắc chuyển vị ngang và phương pháp hiệu chỉnh chuyển vị ngang từ thiết bị Inclinometer

Chương 3 : Hiệu chỉnh chuyển vị ngang tường vây hố đào Kết luận và kiến nghị

II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 24/2/2020

III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03/8/2020

IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS TS BÙI TRƯỜNG SƠN

Tp HCM, ngày tháng năm 2020

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

PGS.TS Lê Anh Tuấn

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và nghiên cứu hoàn thành luận văn thạc sĩ, học viên đã nhận được sự giúp đỡ từ Ban giám hiệu, quý thầy cô trường Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh; phòng kỹ thuật Công ty Cổ Phần Xây dựng Hòa Bình đã tạo điều kiện thuận lợi cho học viên hoàn thành luận văn này

Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ban giám hiệu và quý thầy cô Khoa Kỹ thuật Xây dựng trường Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh Đặc biệt, xin bày tỏ

lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới thầy PGS.TS Bùi Trường Sơn đã tận tình

hướng dẫn học viên hoàn thành luận án Thầy đã giúp tôi định hướng đề tài luận án, hỗ trợ các tài liệu bổ ích cũng như các kiến thức quý báu trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Trân trọng cảm ơn tới tập thể Phòng Kỹ thuật Công ty Cổ phần Xây dựng Hòa Bình đã tạo điều kiện để tôi có được các số liệu thực tế

Xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu thực hiện đề tài

Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện luận án, tuy nhiên vẫn không tránh được những thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng góp quý báu của thầy cô và các bạn

Tp Hồ Chí Minh, ngày 9 tháng 08 năm 2020

Nguyễn Văn Thành

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Kết quả chuyển vị ngang từ đo đạc hiện trường là đáng tin cậy và được sử dụng để phân tích khả năng ổn định trong quá trình thi công Chuyển vị ngang tường vây thường được đo đạc bằng thiết bị Inclinometer Tuy nhiên, kết quả chuyển vị ngang tường vây từ đo đạc Inclinometer có thể cho giá trị không đúng với thực tế nếu giả định điểm mũi thiết bị đo đạc Inclinometer làm điểm chuẩn để tính toán chuyển vị ngang, do điểm mũi di chuyển trong suốt quá trình đào Do đó, việc hiệu chỉnh chuyển vị ngang tường vây theo kết quả đo đạc bằng Inclinometer có ý nghĩa quan trọng để đánh giá mức độ tin cậy của kết quả đo cũng như sử dụng để phân tích ổn định kết cấu chắn giữ hố đào trong suốt quá trình thi công

Trong luận văn, việc hiệu chỉnh được thực hiện căn cứ theo giá trị quan trắc chuyển vị ở đỉnh tường và chuyển vị tại điểm chống giằng trước khi kích hoạt hệ giằng Kết quả hiệu chỉnh theo hai phương pháp đề nghị phù hợp với kết quả mô phỏng và cho giá trị chuyển vị lớn hơn so với kết quả đo đạc xem chuyển vị chân tường vây bằng không

Mục tiêu bài luận văn nhằm nghiên cứu, tìm hiểu cơ chế thiết bị đo cũng như đặc điểm biến dạng tường vây hố đào sâu từ đó rút ra được các phương pháp hiệu chỉnh chuyển vị ngang tường vây hố đào sâu từ đo đạc Inclinometer Từ đó, giúp hoàn thiện hơn các phương pháp tính toán và phân tích ổn định tường vây hố đào sâu

SUMMARY

Horizontal displacement results from field measurements are reliable and are used to analyze stability during construction Horizontal displacement of a diaphragm wall is usually measured by Inclinometer However, the displacement result of the diaphragm wall displacement from Inclinometer measurement may give an incorrect value if the assumed point is used as a benchmark to calculate the horizontal displacement, because the point of the nose moves during the construction process Therefore, adjusting the horizontal displacement of the diaphragm wall according to the measurement results by Inclinometer is important to evaluate the reliability of the measurement results as well as to analyze stability of the retaining structure throughout construction process

In the thesis, the correction is made based on the observed value of displacement at the top of the wall and the initial displacement before activating the bracing system The adjusted results of the two proposed methods are consistent with the simulation results calculated by the model and give a larger displacement value than the measurement results to see if the displacement of the diaphragm wall is zero

The objective of the thesis is to study and understand the measuring device mechanism as well as the deformation characteristics of the deep excavated diaphragm wall from which to draw the methods of adjusting horizontal displacement of the deep excavated diaphragm wall from the Inclinometer measurement Since then, it helps improve the calculation method and stability analysis of the deep excavated diaphragm wall

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình khoa học do chính tôi nghiên cứu và thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Bùi Trường Sơn Các kết quả, số liệu trong luận án là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác Tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận án

Tp Hồ Chí Minh, ngày 9 tháng 08 năm 2020 Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Thành

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU…… 1

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1

PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2

NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI 2

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỐ ĐÀO SÂU VÀ MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG LÊN CHUYỂN VỊ NGANG TƯỜNG VÂY HỐ ĐÀO 4

1.1 ĐẶC ĐIỂM HỐ ĐÀO SÂU 4

1.2 CÁC YẾU TỐ ĐỊA KỸ THUẬT ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÔNG TRÌNH HỐ ĐÀO SÂU 5

1.3 CÁC HIỆN TƯỢNG XẢY RA KHI THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU 6

1.4 PHÂN LOẠI HỐ ĐÀO SÂU 7

1.5 TỔNG HỢP TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HỐ ĐÀO SÂU 11

1.6 NHẬN XÉT CHƯƠNG 23

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUAN TRẮC CHUYỂN VỊ NGANG VÀ PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHỈNH CHUYỂN VỊ NGANG TỪ THIẾT BỊ INCLINOMETER 24

2.1 ĐẶC ĐIỂM QUAN TRẮC ĐÁNH GIÁ CHUYỂN VỊ NGANG CỦA ĐẤT NỀN BẰNG THIẾT BỊ INCLINOMETER 24

2.2 SAI SỐ CHUYỂN VỊ NGANG TỪ ĐO ĐẠC INCLINOMETER VÀ PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHỈNH 30

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Đào không có chắn giữ 7

Hình 1.2: Đào có chắn giữ 8

Hình 1.3: Đào kết hợp hai phương pháp a và b 9

Hình 1.4: Tường cọc nhồi bê tông cốt thép 10

Hình 1.5: Tường bản thép 10

Hình 1.6: Mối quan hệ giữa chuyển vị ngang lớn nhất tường vây và chiều sâu hố đào 11

Hình 1.7: δmax thay đổi theo độ sâu được so sánh với Moormann’s (2004) với khoảng dao động δmax = 0.5-1%H (giá trị trung bình là 0.87%) 13

Hình 1.8: δmax/H thay đổi theo độ sâu được so sánh với kết quả của Long (2001) cho trường hợp thi công Top-Down 14

Hình 1.14: Kết quả lún theo từng giai đoạn theo mô hình 18

Hình 1.15: Nội lực công trình lân cận 18

Hình 1.21: Mô hình chuyển vị ngang chân móng bằng lò xo 21

Hình 1.22: Biến dạng chân móng công trình lân cận 22

Hình 1.23: Biểu đồ đánh giá ảnh hưởng đến công trình lân cận 22

Hình 2.1: Inclinometer dùng trong công trình dân dụng 24

Hình 2.2: Nguyên lý đo của Inclinometer 25

Hình 2.3: Ống vách đo chuyển vị ngang 26

Hình 2.4: Mặt cắt ngang ống vách đo chuyển vị ngang 27

Hình 2.5: Bộ thu số liệu INCLINOMETER LOGGER 28

Hình 2.6: Mô hình làm việc của bộ thu số liệu INCLINOMETER LOGGER 29

Hình 2.7: Sai số từ đo đạc Inclinometer 31

Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý hiệu chỉnh theo chuyển vị đỉnh tường 32

Hình 2.9: Giả thiết chuyển vị ngang tường theo các giai đoạn thi công 34

Hình 3.1: Mặt bằng tầng hầm và hiện trạng xung quanh dự án The Golden Star 31

Hình 3.2: Mặt bằng chia zone thi công 32

Hình 3.3: Mặt bằng bố trí cừ vây bên ngoài 33

Hình 3.10: Mặt bằng hiện trạng đào đất chu kỳ 03 40

Hình 3.11: Mặt bằng hiện trạng đào đất chu kỳ 08 41

Hình 3.12: Mặt bằng hiện trạng đào đất chu kỳ 23 42

Hình 3.13: Mặt bằng hiện trạng đào đất chu kỳ 37 42

Hình 3.14: Mặt bằng bố trí Inclinometer 43

Hình 3.15: Số đọc chuyển vị ngang Inclinometer I11 44

Hình 3.16: Biểu đồ lực dọc quan trắc trong hệ giằng 45

Hình 3.17: Hiệu chỉnh Inclinometer I11 chu kì 3 theo phương án 1 46

Hình 3.18: Hiệu chỉnh Inclinometer I11 chu kì 8 theo phương án 1 47

Hình 3.19: Hiệu chỉnh Inclinometer I11 chu kì 23 theo phương án 1 48

Hình 3.20: Hiệu chỉnh Inclinometer I11 chu kì 37 theo phương án 1 49

Hình 3.21: Vị trí bố trí mốc quan trắc ứng suất 51

Hình 3.22: Hiệu chỉnh chuyển vị ngang chu kỳ 3 theo phương án 2 53

Hình 3.23: Hiệu chỉnh chuyển vị ngang chu kỳ 8 theo phương án 2 54

Hình 3.24: Hiệu chỉnh chuyển vị ngang chu kỳ 23 theo phương án 2 55

Hình 3.25: Hiệu chỉnh chuyển vị ngang chu kỳ 37 theo phương án 2 56

Hình 3.30: Tổng hợp chuyển vị ngang chu kỳ 8 theo các phương pháp 63Hình 3.31: Tổng hợp chuyển vị ngang chu kỳ 23 theo các phương pháp 64

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Giới hạn chuyển vị cho phép của tường vây 12

Bảng 3.4: Các chu kỳ chính của biện pháp thi công 45Bảng 3.5: Kết quả quan trắc ứng suất trong thanh giằng 51Bảng 3.6: Các thông số đất trong mô hình Plaxis 2D 57Bảng 3.7: Các thông số của cừ cho tính toán bằng phần mềm Plaxis 58Bảng 3.8: Các thông số của thanh chống H350 cho tính toán bằng phần mềm Plaxis 58Bảng 3.9: Các thông số của thanh chống H400 cho tính toán bằng phần mềm Plaxis 58

MỞ ĐẦU

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Các công trình xây dựng lớn hiện nay thường gắn liền với việc đào sâu trong đất như tầng hầm cho các tòa nhà hay hố móng và các công trình thủy lợi Do khu vực thành phố Hồ Chí Minh và Đồng Bằng sông Cửu Long phổ biến lớp đất yếu trên bề mặt dưới dạng sét mềm bão hòa nước nên trong công tác đào sâu trong đất cần thiết bố trí các biện pháp chống giữ Việc tính toán chuyển vị ngang của tường chắn gặp nhiều sai sót bởi vì các hạn chế về hiểu biết ứng xử của đất đá và đưa vào các giả thiết tính toán gần đúng Vì vậy cần cần thiết quan trắc hiện trường để đánh giá thực tế của biện pháp thi công là cần thiết Để có được kết quả quan trắc đúng với thực tế cần hiểu biết những sai số trong phương pháp đo và hiệu chỉnh lại kết quả đó

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Thiết bị đo đạc quan trắc chuyển vị ngang trong nền đất được sử dụng hiện nay thường là Inclinometer Trong thực tế, việc đo chuyển vị ngang thường được sử dụng để đánh giá mức độ chuyển vị ngang của nền đất yếu dưới công trình đắp trong xử lí nền đất bằng phương pháp bấc thấm kết hợp gia tải trước Trong trường hợp này, chuyển vị trong nền đất yếu thường rất lớn và lớn hơn đáng kể so với trong lớp đất tốt bên dưới Do đó, trong đo đạc, ống được hạ vào đất cho đến độ sâu có sự xuất hiện lớp đất tốt Điểm cuối của ống đo trong lớp đất tốt được xem là điểm chuẩn và được lấy làm mốc và xem chuyển vị ngang và đứng bằng không Kết quả đo đạc chuyển vị ngang theo độ sâu chính là giá trị tương đối so với điểm chuẩn này

Trong trường hợp quan trắc chuyển vị ngang của tường vây, nguyên tắc sử dụng đánh giá chuyển vị ngang được sử dụng cũng tương tự như trường hợp nền đất yếu xử lí gia tải trước Trong một số trường hợp do tường vây không xuyên qua hết lớp đất yếu hoặc độ sâu đào xấp xỉ chiều dài tường vây thì chuyển vị chân tường

vây có thể xảy ra và kết quả chuyển vị ngang của tường vây từ đo đạc có thể không phù hợp với thực tế

Để đánh giá đúng đắn quy luật và giá trị chuyển vị ngang của tường vây trong trường hợp này ta cần thiết phải hiệu chỉnh kết quả đo đạc

PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Phân tích hiệu chỉnh chuyển vị ngang tường vây bằng cừ thép khi chân tường vây nằm trong lớp đất yếu

NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

Hiệu chỉnh kết quả đo đạc chuyển vị ngang căn cứ vào mốc đo đỉnh tường vây

Hiệu chỉnh kết quả đo đạc chuyển vị ngang dựa trên giả thiết biến dạng thanh giằng không đáng kể

Mô phỏng đánh giá chuyển vị ngang của tường vây bằng phần mềm Plaxis 2D phục vụ phân tích và đánh giá mức độ tin cậy của phương pháp hiệu chỉnh đề nghị

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Kết quả thực tiễn từ hiện trường - Tổng hợp hiệu chỉnh bằng hình học - Mô phỏng bằng phần mềm

- So sánh đưa ra kết luận cuối cùng

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN

Việc phân tích kết quả quả đo đo chuyển vị ngang tường chắn bằng Inclinometter để tìm ra các sai khác với kết quả thực sự, từ đó hiệu chỉnh kết quả đo là rất cần thiết Bởi vì đối với các các biện pháp hố đào sâu ở các vùng đất yếu chuyển vị ngang tường chắn sẽ rất lớn và gây nguy hiểm tới các công trình lân cận

cũng như hố đào Tóm lại, việc phân tích hiệu chỉnh kết quả đo chuyển vị ngang của tường chắn trong hố đào sâu là quan trọng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỐ ĐÀO SÂU VÀ MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG LÊN CHUYỂN VỊ NGANG

TƯỜNG VÂY HỐ ĐÀO

Hố đào sâu là loại công trình đặc biệt, việc thiết kế, thi công các kết cấu chắn giữ hố đào sâu rất đa dạng và luôn tiềm ẩn nhiều sự cố công trình vì nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố Kết quả khảo sát địa chất, mô hình tính toán, loại kết cấu chắn giữ, phương pháp thiết kế, phương pháp thi công, năng lực tổ chức thi công, điều kiện công trường ảnh hưởng đến chất lượng công trình hố đào sâu Điều kiện địa chất của nền đất biến đổi trong phạm vi khá rộng, ẩn giấu nhiều rủi ro, đặc biệt là trong điều kiện đất yếu, mực nước ngầm cao và các điều kiện hiện trường phức tạp dễ sinh ra trượt lở đất, mất ổn định hố đào, chuyển dịch tường chắn, trồi hố móng có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến các công trình xây dựng, các đường ống, công trình ngầm ở xung quanh Do đó, khi thiết kế thi công các công trình loại này, cần phải phân tích lựa chọn tối ưu hóa và có hệ thống cho hàng loạt các công việc như công tác khảo sát phục vụ thiết kế, xác định mô hình tính toán phù hợp, giải pháp thi công xây dựng, giải pháp quan trắc đo đạc chuyển vị và biến dạng kết cấu chắn giữ cũng như quan trắc các công trình lân cận trong suốt quá trình thi công

Thi công hố đào có thể coi là một bài toán dỡ tải đối với nền đất Việc dỡ tải này làm thay đổi trạng thái ứng suất biến dạng trong nền Sự cân bằng ban đầu bị thay đổi, trạng thái ứng suất thay đổi làm xuất hiện nguy cơ mất ổn định, trước hết là thành hố và sau đó là đáy hố và đất xung quanh Khi nghiên cứu sự ổn định của hố đào và các biện pháp bảo vệ nó, Terzaghi (1943) đánh giá chiều sâu hố đào là yếu tố quan trọng nhất và đưa ra tiêu chí:

- Hồ đào nông là hố có chiều sâu nhỏ hơn chiều rộng của hố; - Hố đào sâu là hố có chiều sâu lớn hơn chiều rộng của hố

Nhưng sau đó năm 1967, Teraghi và Peck, và năm 1969 Peck và các cộng sự đề nghị là:

- Hố đào nông là hố có chiều sâu đào nhỏ hơn 6 m; - Hố đào sâu là hố có chiều sâu đào lớn hơn 6 m

Trong địa kỹ thuật hiện nay, khi có nhiều công trình hầm được xây dựng chen trong các khu đô thị việc đảm bảo các ảnh hưởng thấp nhất của hố đến các công trình xung quanh khiến không còn khái niệm hố nông hay hố sâu nữa mà chỉ còn một khái niệm duy nhất là thi công hố đào

Đào hố móng cho các công trình có tầng hầm trong điều kiện đất yếu, mực nước ngầm cao và nhiều điều kiện thường phức tạp khác, có thể gây mất ổn định hố đào, phình trồi đáy hố đào, kết cấu chắn giữ bị hư hỏng nặng… làm hư hại hố móng, ảnh hưởng nghiêm trọng các công trình ngầm và đường ống xung quanh Vì vậy, bài toán ổn định hố đào sâu, đòi hỏi người kỹ sư thiết kế phải có kinh nghiệm trong việc phân tích và lựa chọn giải pháp tường chắn đủ cứng để chống lại sự phá hoại kết cấu và chuyển vị ngang quá mức

Ứng suất ngang ban đầu: khi đào đất với giá trị hệ số áp lực ngang ban đầu của đất K0 lớn, chuyển dịch của đất và tường lớn, thậm chí cả khi đào nông

Kích thước hố móng: hình dạng, diện tích mặt bằng, độ sâu hố móng đều có ảnh hưởng tới sự mở rộng và sự phân bố dịch chuyển đất xung quanh và bên dưới đáy hố móng với những điều kiện đất nền nhất định

Điều kiện nước dưới đất: Sự thay đổi mực nước ngầm ảnh hưởng đến ổn định của tường chắn cùng hệ chống đỡ và độ lún của các công trình xung quanh

Chênh lệch áp lực nước ở phía ngoài và phía trong hố đào có thể gây ra hiện tượng bùng nền, cát chảy… ở đáy hố đào

Ảnh hưởng do sử dụng biện pháp thi công, trình tự và thời gian thi công, tính chất và quy mô của công trình lân cận

Ảnh hưởng của sự thay đổi điều kiện ứng suất trong đất nền: Khi đào đất, cả ứng suất theo phương đứng và theo phương ngang đều giảm đi và thay đổi sự cân bằng áp lực nước lỗ rỗng trong đất, một trong những hiệu ứng quan trọng nhất của quá trình này là chuyển vị của đất nền ở đáy và xung quanh hố đào

Công trình hố đào sâu bao gồm nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau như chắn đất, ngăn nước, hạ mực nước ngầm, đào đất… trong đó, một khâu nào đó thất bại sẽ dẫn đến cả công trình bị đổ vỡ Việc thi công hố móng ở các hiện trường lân cận như đóng cọc, hạ nước ngầm, đào đất… đều có thể sinh ra những ảnh hưởng hoặc khống chế lẫn nhau, tăng thêm các nhân tố để có thể gây ra sự cố Một số hiện tượng thường xảy ra với hố đào sâu như sau:

- Mất ổn định thành hố đào

- Hiện tượng lún bề mặt xung quanh hố đào - Hiện tượng bùng nền đáy hố đào

- Nước ngầm tràn vào hố đào

Khi đào đất sẽ làm thay đổi trạng thái ứng suất - biến dạng của đất tự nhiên dưới tác dụng trọng lượng bản thân của đất Đáy hố đào được giải phóng khỏi tải trọng đứng nên sẽ trồi lên phía trên còn áp lực ngang của đất quanh tường chắn sẽ gây ra chuyển vị ngang của tường Việc tính toán hố đào hiện nay thường sử dụng các số liệu địa chất với các lộ trình ứng suất nén một trục hoặc ba trục thông thường, các thông số từ các thí nghiệm này chưa mô phỏng sát thực quan hệ ứng suất – biến dạng của vùng đất xung quanh hố đào trong quá trình đào đất Do đó,

kết quả tính toán dự báo còn khác biệt so với quan trắc thực tế ngoài công trường, gây kém an toàn và đặc biệt ảnh hưởng lớn đến chỉ tiêu về kinh tế

1.4.1 Phân loại theo phương thức đào

a) Đào không chắn giữ

- Đào thẳng đứng - Đào có mái dốc

Hình 1.1: Đào không có chắn giữ

b) Đào có chắn giữ

Hố đào được chắn giữ bằng tường trọng lực Hố đào được chắn giữ bằng tường cọc đất trộn vôi, tường cọc đất trộn xi măng Hố đào được chắn giữ bằng tường bản thép, tường ống thép, tường bản bê tông cốt thép, tường cọc khoan nhồi bê tông cốt thép, tường barrette,… có hoặc không có kết cấu chống đỡ hoặc neo giữ

Hình 1.2: Đào có chắn giữ

c) Đào kết hợp phương pháp a và b

Thi công theo trình tự: thi công tường vây – đào ở phần giữa – đổ bê tông công trình ngầm ở giữa – lắp đặt các thanh chống ngang và chéo – đào đất xung quanh và thi công tiếp

Hình 1.3: Đào kết hợp hai phương pháp a và b

d) Đào có gia cố thành và hố đào

Thành hoặc đáy hố đào hoặc cả hai được gia cố bằng hóa chất, vôi, vữa, bê tông, lưới thép, vải địa kỹ thuật, Đào có gia cố thành và đáy hố đào có thể kết hợp với các phương pháp trên

1.4.2 Phân loại theo kết cấu chắn giữ

Tường cọc: tường cọc nhồi bê tông cốt thép, tường cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, tường cọc đất trộn vôi, tường cọc đất trộn xi măng, tường cọc ống thép

Tường bản: tường bản thép hình chữ C, tường bản thép hình chữ U, tường bản bê tông cốt thép, tường barrette, tường bản composite,…

Hình 1.4: Tường cọc nhồi bê tông cốt thép

Hình 1.5: Tường bản thép

1.5 TỔNG HỢP TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HỐ ĐÀO SÂU

Mối liên hệ giữa chiều sâu hố đào với chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu đã được Chang-Yu Ou và các đồng sự [1] nghiên cứu thông qua phân tích các công trình hố đào sâu trong khu vực Đài Bắc Theo kết quả của nghiên cứu này thì chuyển vị ngang lớn nhất trong các tường vây hố đào sâu khoảng từ 0.2% đến 0.5% chiều sâu hố đào

Hình 1.6: Mối quan hệ giữa chuyển vị ngang lớn nhất tường vây và chiều sâu hố đào

Cơ quan quản lý về xây dựng (Building and Construction Authority – BCA), một tổ chức do chính phủ Singapore thành lập, đã đưa ra các quy định trong thiết kế hố đào sâu [2] vào tháng 4/2009 dựa trên sự đánh giá và xem xét toàn diện các quy định xây dựng trong 3 năm áp dụng và thực thi trước đó Đặc biệt là các quy định các ảnh hưởng đáng kể đến chi phí cũng như tiến độ thi công mà nhận được nhiều phản hồi từ phía nhà thầu, trong đó phải kể đến giá trị chuyển vị giới hạn cho phép của tường vây

Bảng 1.1: Giới hạn chuyển vị cho phép của tường vây

Giới hạn chuyển vị ngang/ Khu vực

Trong đó

x = khoảng cách từ mặt hố đào; H = chiều sâu hố đào;

w=chuyển vị tường chắn

Vị trí công trình lân cận, kết cấu và hệ thống hạ tầng

Khu vực 1 (x/H < 1)

Khu vực 2 (1  x/H  2)

Khu vực 3 (x/H > 2) Nền loại A

Nền loại B Chuyển vị lớn nhất cho phép

Một trong những vấn đề chủ chốt của thiết kế và thi công của tường vây là ổn định kết cấu (ERSS) với mục đích đảm bảo sức kháng cắt của đất không được huy động vượt quá biến dạng của đất nền Bảng trên thể hiện giá trị giới hạn chuyển vị cho phép của các khu vực khác nhau Cụ thể:

 Khu vực 1: Công trình lân cận nằm trong phạm vi 1 lần chiều sâu hố đào (1H) thì giới hạn chuyển vị cho phép không vượt quá 0.5%H

 Khu vực 2: Công trình lân cận nằm trong phạm vi 1 lần chiều sâu hố đào (1H) đến 2 lần chiều sâu hố đào (2H) thì giới hạn chuyển vị cho phép là 0.7%H

 Khu vực 3: Công trình lân cận nằm ngoài phạm vi 2 lần chiều sâu hố đào (2H) thì chuyển vị giới hạn ngang không được vượt quá 0.7%H với đất bụi, đất sét dẻo cứng quá cố kết (Đất nền loại A) và không vượt quá 1%H với đất sét dẻo chảy, bụi và đất hữu cơ (Đất nền loại B) Và trong bất kỳ trường hợp nào, chuyển vị giới hạn cho phép của tường vây cũng nên được xác định bằng cách hạn chế các ảnh hưởng hay phá hoại đến kết cấn công trình lân cận do sự phát sinh biến dạng đất nền

Để thể hiện mối quan hệ giữ chuyển vị ngang vào chiều sâu đào [3], tác giả đã đánh giá cho 18 trường hợp hố đào sâu với chiều dày đất yếu khoảng từ 4 m đến 16 m tại thành phố Hồ Chí Minh Tác giả tiến hành phân tích dựa trên dữ liệu quan trắc chuyển vị ngang tường vây bằng inclinometer trong suốt quá trình thi công và thể hiện mối quan hệ giữa chuyển vị ngang lớn nhất δmax và chiều sâu hố đào H Theo đó, không có sự gia tăng δmax theo H, tức là δmax không chỉ phụ thuộc vào H mà còn phụ thuộc vào nhiều nhân tố khác như là loại đất, loại tường chắn, độ cứng hệ chống đỡ và phương pháp đào đất

Hình 1.7: δmax thay đổi theo độ sâu được so sánh với Moormann’s (2004) với khoảng dao động δmax = 0.5-1%H (giá trị trung bình là 0.87%)

Hình 1.8: δmax/H thay đổi theo độ sâu được so sánh với kết quả của Long (2001) cho trường hợp thi công Top-Down

Trường hợp hố đào sử dụng tường bản thép hoặc tường cọc khoan nhồi thì chuyển vị ngang có xu hướng lớn hơn trong khoảng từ 1% đến 2.4% chiều sâu hố đào Trường hợp hố đào sử dụng tường barrette, giá trị δmax/H dao động 0.15% đến 0.6% đối với tường vây được chống đỡ bằng hệ chống có độ cứng lớn Khi tường vây được chống đỡ bằng hệ chống có độ cứng thấp, giá trị δmax/H dao động 0.88% đến 1% Kết quả này tương đối phù hợp với những nghiên cứu trước đó: Theo Manna (1981) giá trị δmax/H có thể đạt 2% cho tường bản thép trong đất yếu, còn với tường barrette trong đất yếu giá trị này là 0.5% Long (2001) đã khảo sát 295 trường hợp trong đất yếu cho trường hợp thi công Top-Down, giá trị chuyển vị ngang hầu hết dao động từ 0.1% đến 1% chiều sâu hố đào Moormann (2004) đã thực hiện nghiên cứu kinh nghiệm trên 530 dự án với đất dẻo chảy (su < 75 kPa) và đã nhận thấy giá trị δmax/H dao động từ 0.5% đến 1% với giá trị trung bình là 0.87% Giá trị δmax/H nhỏ hơn 0.9% cho tường vây khi sử dụng hệ chống đỡ với chiều sâu hố đào H < 22 m, với phương pháp thi công Top-Down thì giá trị này là

0.1% đến 0.75% và có thể đạt tới 1% cho tường bản thép hoặc tường cọc khoan nhồi

Trong bài báo này [4], tác giả tiến hành tính toán mô phỏng một dự án thi công nhà ga của tuyến metro có chiều rộng mặt cắt là 41.3m và chiều sâu là 25.5m Công trình lân cận xung quanh hố đào được quan trắc lún theo từng giai đoạn thi công, kết quả ghi nhận được độ lún và lún lệch của công trình lân cận Tại hiện trường có xuất hiện các vết nứt thẳng ở góc tường, vết nứt ngang và vết nứt xéo góc theo phương ngang gần hố đào Vết nứt đứng mở rộng ở đáy góc tường và dần dần khép lại ở đỉnh góc tường

Hình 1.9: Mặt cắt công trình

Hình 1.10: Mốc quan trắc lún công trình lân cận

Hình 1.11: Các vết nứt công trình lân cận

Lún lệch là nguyên nhân chính gây ra các với nứt của công trình lân cận Độ lún và độ lệch tăng theo giai đoạn thi công ghi nhận được độ lún lớn nhất là 107.13 mm và độ lệch 63 mm

Hình 1.12: Kết quả quan trắc lún

Nhóm tác giả sử dụng Plaxis 2D mô phỏng và khảo sát độ lún, lún lệch của 2 điểm A, B cho kết quả như đồ thị bên dưới

Hình 1.13: Mô phỏng Plaxis 2D

Hình 1.14: Kết quả lún theo từng giai đoạn theo mô hình

Hình 1.15: Nội lực công trình lân cận

Kết quả lực cắt và moment từ việc mô phỏng Plaxis 2D tương tự như kết quả quan sát vết nứt tại hiện trường Moment uốn lớn nhất ở dưới chân tường và giảm dần lên phía trên tương ứng với vết nứt dọc Lực cắt cũng có xu hướng tương tự như moment phân bố lớn hơn về phía hố đào là nguyên nhân gây ra vết nứt chéo góc

Nhóm tác giả tiến hành mô phỏng hố đào bằng Plaxis 3D và công trình lân cận bằng Sap2000 [5], quá trình mô phỏng là một vòng lặp Lực tại chân cột từ mô hình Sap2000 được đưa vào Plaxis 3D, chuyển vị từ Plaxis 3D đưa vào Sap2000 để lấy nội lực Quá trình lặp đến khi chuyển vị chân cột 2 mô hình bằng nhau

Hình 1.16: Giảng đồ mô phỏng

Hình 1.17: Sơ đồ mô phỏng

Công trình được mô phỏng là 1 trường học 4 tầng dài 45m bao gồm 10 bước cột cạnh một hố đào sâu sử dụng tường vậy 900 mm dài 35 m chiều sâu đào 19.7 m

Hình 1.18: Mặt cắt địa chất

Hình 1.19: Độ lún đất nền bài toán hố đào bằng phần mền Plaxis 3D

Hình 1.20: Mặt bằng kết cấu sàn công trình

Hình 1.21: Mô hình chuyển vị ngang chân móng bằng lò xo

Hình 1.22: Biến dạng chân móng công trình lân cận

Xuất hiện lực kéo cuối nhịp và lực nén ở đầu nhịp nguyên nhân là do chuyển vị ngang ở giữa là lớn nhất sẽ gây kéo cho nhịp phía sau và nén cho nhịp phía trước nó Bê tông chịu kéo kém nên sẽ có vết nứt xảy ra ở nhịp cuối Ngoài ra còn xuất hiện biến dạng dẻo ở những vị trí cột giao với dầm

Để đánh giá tổng quát về sự phá hoại kết cấu công trình lân cận nhóm tác giả dựa trên biểu đồ biến dạng ngang và góc nghiêng của công trình lân cận kết quả thấy rằng nhịp đầu tiên, nhịp 2, nhịp 3, nhịp 4 cho biến dạng góc lớn hơn, các nhịp xa hơn biến dạng ngang lớn hơn Biến dạng ngang đồng nghĩa với ứng suất kéo dễ dàng gây nứt bêtông (nhịp 7 đến 10) Biến dạng góc đặc trưng cho tính uốn phá hoại do moment Góc xoay của nhịp 1 đến 4 lớn sinh ra moment uốn lớn trong kết cấu dầm của công trình và gây phá hủy lớn Hình thành các khớp dẻo tại vị trí cột và dầm ở nhịp 1

Hình 1.23: Biểu đồ đánh giá ảnh hưởng đến công trình lân cận

Công trình lân cận nằm trong vùng biến dạng lõm của mặt đất sẽ bị ảnh hưởng nhiều nhất xuất hiện nhiều khớp dẻo gần khi vực tường vây Chuyển vị tường vây gây ra ứng suất kéo trong các dầm giằng móng dẫn đến nứt bê tông và có khả năng gây phá hủy Hiện tượng này xảy ra rõ rệt ở vùng chuyển giao giữa độ lún lồi và độ lún lõm của mặt đất cạnh hố đào Vùng này chịu kéo nhiều nhất

Hiện nay có nhiều nghiên cứu về chuyển vị ngang tương vây hố đào sâu Khi xuất hiện chuyển vị ngang, các công trình lân cận có thể bị lún hoặc phát sinh nội lực gây phá hoại kết cấu Ngoài ra, chuyển vị ngang tường vây còn gây lún bề mặt hay làm thay đổi nội lực và biện dạng hệ kết cấu chắn giữ Như vậy, có thể căn cứ vào biến dạng hệ kết cấu chắn giữ để đánh giá và hiệu chỉnh kết quả chuyển vị ngang

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUAN TRẮC CHUYỂN VỊ NGANG VÀ PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHỈNH CHUYỂN

VỊ NGANG TỪ THIẾT BỊ INCLINOMETER

ĐẤT NỀN BẰNG THIẾT BỊ INCLINOMETER

2.1.1 Mục đích tiến hành

Quan trắc chuyển dịch ngang được dùng để kiểm tra chuyển vị của tường vây, cọc ly tâm dưới tác dụng của tải còn nằm trong giới hạn cho phép của thiết kế không Trên cơ sở của giá trị chuyển vị ngang và tình hình tại công trường, tư vấn và nhà thầu có thể đánh giá sự ổn định của công trình cũng như các toà nhà lân cận

Hình 2.1: Inclinometer dùng trong công trình dân dụng

2.1.2 Nguyên lý đo đạc

Đầu dò đo nghiêng được sử dụng để đo độ nghiêng của ống vách Với đầu dò, các số đo nghiêng thường được lấy ở các cự ly điều đặn 0,5m từ đáy lên đỉnh của ống vách Đầu đo lấy số liệu tại các vị trí cố định bên trong ống vách và các vị trí này được xác định bằng độ sâu hay cao độ

Dịch chuyển biểu thị một sự thay đổi vị trí của ống vách, tức là một sự thay đổi độ lệch Dịch chuyển được tính bằng cách lấy độ lệch hiện tại trừ đi độ lệch ban đầu Độ lệch khoảng cách là sự thay đổi tại một khoảng cách Tổng dịch chuyển là tổng của các dịch chuyển khoảng cách Trong đồ thị dưới đây, các dịch chuyển được tham khảo so sánh với một điểm cố định gần đỉnh cừ

Hình 2.2: Nguyên lý đo của Inclinometer

- Các rãnh tạo sẵn bên trong khống chế hướng của đầu đo nghiêng có bánh xe;

Ống vách được lắp đặt trong một hố khoan thẳng đứng, vị trí ban đầu của ống vách được thiết lập khi khảo sát cùng với đầu dò đo nghiêng Dịch chuyển của mặt đất làm cho ống vách dịch chuyển khỏi vị trí ban đầu của nó Tốc độ, độ sâu và độ lớn của dịch chuyển này được tính toán bằng cách so sánh số liệu khảo sát ban đầu với các số liệu khảo sát sau đó

Hình 2.3: Ống vách đo chuyển vị ngang

Hình 2.4: Mặt cắt ngang ống vách đo chuyển vị ngang

Ống vách đo nghiêng có các thông số kỹ thuật sau:

- Đường kính ống : 85 mm, 70 mm, 48 mm - Độ dày ống :3.0 mm

- Đường kính ống nối : 70 mm (2.75 inches) - Đường kính trong : 52 mm (2.32 inches) - Khả năng chịu lực : 320 kg (700 lb)

- Nhiệt độ làm việc : -29 to 88oC (-20 đến 190oF)

- Khả năng chịu xoắn : ≤ 0.330 cho 3 m hoặc 10 feet cho mặt cắt

Thiết bị đo:

Bộ thu số liệu INCLINOMETER LOGGER/ INCLINOMETER LOGGER hiển thị số đo nghiêng nhận được từ đầu đo nghiêng Thiết bị thu số liệu INCLINOMETER LOGGER lưu giữ các số đọc trong bộ nhớ Các số liệu này được truyền qua máy tính và xử lý tiếp bằng phần mềm chuyên dụng (Gtilt Plus 32 – Canada)

Hình 2.5: Bộ thu số liệu INCLINOMETER LOGGER

2.1.4 Phương pháp thực hiện

Đầu đo chuyển dịch ngang có bánh xe chạy theo các rãnh dọc ống vách Đầu đo bao gồm hai tốc kế cân bằng lực (accelerometer), trong đó một tốc kế đo độ nghiêng gọi là trục A, tốc kế còn lại đo độ nghiêng vuông góc với mặt phẳng của các bánh xe gọi là trục B Các số liệu đo ở các khoảng cách đều đặn 0,5 m khi đầu đo được kéo từ đáy lên đỉnh ống vách (xem hình minh hoạ bên dưới)

Hình 2.6: Mô hình làm việc của bộ thu số liệu INCLINOMETER LOGGER

Quy trình lắp đặt như sau:

+ Tiến hành khoan D=110 mm bên ngoài cừ Larsen (khoảng cách gần nhất có thể nhưng không lớn hơn 30 cm tính từ mép cừ) cho hạng mục quan trắc chuyển