Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu cơ chế mất ổn định hố đào sâu 33.5m công trình Nicoll Highway Singapore

Cùng với sự phát triển của công nghệ thi công hỗ đào sâu, những phương phápkhảo sát địa chất công trình, người ta cũng đã đạt được nhiều bước tiến về lý thuyếttính toán cũng như phát tri

ĐẠI HỌC QUOC GIA THÀNH PHO HO CHÍ MINH

TRUGNG DAI HOC BACH KHOA

_CON TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠITRUONG ĐẠI HOC BACH KHOA — ĐHQG TP.HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Tuan Anh

Cán bộ chấm nhận Xét Ï: G% + SESESEEESESEEESESEEESEEEeksksereesedCán bộ chấm nhận Xét 2: - - SE EESESESEEEESESEEESESEEEESEEESEskrersered

Luận văn thạc sỹ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách khoa, DHQG Tp HCM ngày

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn va Chủ nhiệm Bộ mon quản lý

chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HOI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập — Tự do — Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SỸ

Họ tên học viên: Lê Phát Nghĩa MSHV: 13090089Ngày, tháng, năm sinh: 19/06/1990 Nơi sinh: Long An

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm Mã số: 60580204

Email: lephatnghia@ gmail.com Điện thoại: 0963.499.369

I TÊN DE TÀI:NGHIÊN CỨU CƠ CHE MAT ON ĐỊNH HO ĐÀO SÂU 33.5m CÔNG TRINH

NICOLL HIGHWAY - SINGAPORE

Il NHIỆM VU VÀ NOI DUNG- Mở dau

- Chương 1: TONG QUAN VE HỒ DAO SÂU.- Chuong 2 CO SO LY THUYET TINH TOAN ON DINH HO DAO SAU.- Chuong 3 MO PHONG HO DAO SAU 33.5m CONG TRINH NICOLL

V CAN BO HUONG DAN: PGS.TS TRAN TUAN ANH

CAN BO HƯỚNG DAN CHU NHIEM BO MON DAO TAO

PGS.TS TRAN TUAN ANH PGS.TS LE BA VINH

TRUONG KHOA KY THUAT XAY DUNG

PGS.TS NGUYEN MINH TAM

LỜI CÁM ƠN

Trước tiên, học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành tới quý thầy cô trong Bộ mônDịa cơ - Nên móng Quý thầy cô đã nhiệt tình truyền đạt cho học viên những kiến thứcquý báu, tạo mọi điều kiện giúp đỡ học viên trong thời gian vừa qua

Học viên xin bày tỏ lòng biết on sâu sắc tới thay PGS.TS Trần Tuan Anh,người đã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình và luôn quan tam, động viên tinh than trong thời gianhọc viên được thây giảng dạy môn học và hướng dẫn thực hiện Luận văn Thầy đã địnhhướng đề tài, chỉ dẫn những tài liệu, kiến thức quý báu cho học viên Đồng thời, thầy đãtruyền đạt cho học viên hiểu được phương thức tiếp cận và giải quyết một vẫn dé khoa

học, đây chính là hành trang quí giá mà học viên sẽ gìn giữ cho quá trình học tập và làmviệc tiêp theo của minh.

Xin chân thành cảm on Ban giám hiệu nhà trường, trường Dai học Bach Khoa,

Phòng Đào tạo Sau Đại học đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho học viên trongsuốt quá trình học tập

Cuối cùng, xin cảm ơn Gia đình, Cơ quan và bạn bè thân hữu đã động viên, giúp

đỡ học viên trong thời gian học tập vừa qua.

Tp HCM, ngày tháng năm 2016

HỌC VIÊN

Lê Phát Nghĩa

TOM TAT LUẬN VĂN

Trong phạm vi dé tài này, tác giả muốn giới thiệu và áp dụng một số lý thuyết đã đượcnghiên cứu trên thé gidi dé tính toán 6n định hồ dao sâu Qua đó, có thé ung dung déphân tích và nghiéu cứu một bài toán cụ thé ở Singapore

Luận văn này trình bảy kết quả “Nghiên cứu cơ chế mat 6n định hồ đào sâu 33.5m côngtrình Nicoll Highway - Singapore” Các thông số được nghiên cứu trong luận văn này

gom: nội lực hệ thanh chồng hó dao, chuyển vị và nội lực tường vây Việc phân tích

thông số được thực hiện bằng phương pháp giải tích và phương pháp phân tử hữu hạn sửdụng chương trình Plaxis 2D để mô phỏng công trình thực tế Kết phân tích băngphương pháp phần tử hữu hạn sẽ được so sánh với kết quả tính toán bằng phương phápgiải tích và kết quả quan trắc ngoài hiện trường Thông qua việc tính toán và so sánh, tácgiả trình bay cơ chế dẫn đến mat 6n định hồ đào sâu các nguyên nhân dẫn đến sự mat ồn

định công trình.

SUMARY OF THESIS

Within the scope of the subject, the author would like to introduce and apply sometheories been studied in the world to calculate the stability of deep excavation Thereby,it can be applied to analyze and study some specific problems in Singapore.

This thesis has presented the results of “The study of instability mechanism of 33.5mdeep excavation works at Nicoll Highway— Singapore” The parameters studied in thisthesis are: internal resources of strut system, displacements and internal forces ofdiaphragm wall The analysis of parameters has been done by the analytical method andfinite element method using Plaxis 2D program to simulate the actual works Resultsanalyzed by finite element method will be compared with the results calculated byanalytical method and results of monitoring in the field Through the calculation andcomparison mechanism, the author has presented instability leading to the instability ofdeep excavation, as well as some causes leading to the instability of works.

LỜI CAM ĐOANTên tôi là Lê Phát Nghĩa, học viên cao học chuyên ngành Kỹ Thuật Xây DựngCông Trình Ngắm, khóa 2013 dot 1 Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ “NGHIÊN

CUU CƠ CHE MAT ON ĐỊNH HỒ ĐÀO SÂU 33.5m CONG TRINH NICOLL

HIGHWAY — SINGAPORE” là công trình nghiên cứu cua riêng tôi va không saochép.

Học viên

Lê Phát Nghĩa

MỤC LỤC

MO DAU G5 1 T212 2111101211212 2112111212101 1112111 1111211121111 2101111211111 71 Đặt vẫn đề - ¿5c c2 1 212121111211 112121121112121111 1112101111111 ra 72 Mục tiêu nghiÊn CỨU 5 5 6 111992301 9990 199 ng nọ nh 83 Phương pháp nghién CỨU - - c1 2311133210111 3951111191111 19H nh 8

4 Ý nghĩa khoa học của đề tai c.ceceeeccccccsecescescscssesescscsesscsessesesscsssussesesscsesscsesessesessssnseeesecs 95 Phạm vi nghiên cứu của để tài : ¿652222 SE2EE2123E212122121211112111121 11111 1E xe 9Chương 1 TONG QUAN VE HỒ ĐÀO SÂU 52c S21 2E2121212212121111 0112111 H te 101.1 So luc V6 16 dA0 on 101.1.1 Khai niém 6 da0 SAU nẽ Ả ốỖồốỐ 101.1.2 Một số nghiên cứu tiêu biểu về hố đào sâu oes csssesteseetssestsseseesesteseeeeeeee 101.1.3 Câu tạo kết câu chắn giữ thành hố đảo - ¿2-52 52212221221 1212122212122 cxee 121.1.3.1 Bộ phận chắn dat c.ccccccccccccccsccsesssscsesscsessesesssscssssesessssessssesssesucsssneasseeseeeess 121.1.3.2 Hệ chống đỡ hồ đảo - 5S 3 22121515 21212111 0111111111111 de 151.2 Yếu tổ anh hưởng đến sự ồn định hố da cece ces +2 52 S222 £E2E£E£EE 2E Erkrkrre l613 Nguyên nhân gây mất ổn định hố đảo 2 52 S252 S22E£2E2EEE2E2E2E22 212122 xe 181.3.1 Nguyên nhân khách quan -Ă + 111929 kg 181.3.2 Nguyên nhân chủ quain - - 5 E211 E111 1199 101 1 999v ng vệ 181.4 Một số công trình hố đào gặp sự cô trên thé giới và nước ta -: - 2s: 191.5 Nhận XEt - LLL Q0 001111120021 nn HH HH TH TT TT TT ch 22

Chương 2 CƠ SỞ LY THUYET TÍNH TOÁN ÔN ĐỊNH HO DAO SÂU 23

2.1 Giới thiệU - 2-52 S S1 2121521271211 211 21 1111112121021011211211 1111110110121 rre 232.2 Lý thuyết tính toán áp lực ngang của đất lên tường chắn -:- 2-5: 232.2.1 Lý thuyết Mohr — Rankine ¿ 5-5-2 S S12 22219212121111212121112111212111 211 xe 242.2.1.1 Đối với đất rời - - c cc 22t 21 1211212122121211211212110121112101111 1e 242.2.1.2 Đối với đất dính :- 5-5: 522132 121221212121112121111211112101111 211 re 262.2.2 Lý thuyết Coulomb -¿- +: ¿S152 S1 39212352121212152121111 112121111111 121 211121 te 272.2.2.1 Áp lực đất chủ động ¿- 2-5-5221 S212222121112121111211 112101111211 re 282.2.2.2 Áp lực đất bị động ¿6 22212221 12212121 2111212111121111210111121 1e 312.3 Lý thuyết tính toán áp lực đất lên tường chắn hố đào sâu - ¿252525 322.3.1 Áp lực đất dài hạn - ¿+ ¿©5221 3212121212212152121111 1121111111111 re 322.3.2 Áp lực đất ngắn hạn - ¿1-5221 S212E521212212152121211 112111111111 1112111 211 te 332.4 Phân tích lực dọc tác dụng lên tường chăn hồ đào sâu .-¿ 5 22+ SE ssEsxsesez 342.5 Phân tích On định hố đào sâu - ¿5£ 5S S£2E9EEEE£EEEE2EE2E2EE222121212212121 22 cxee 37

2.5.1 CAc 0/7 ráo n 372.5.2 Phá hoại cắt tong thỂ - - 12221 121212121221212111111111210111101111 0111211 1kg 392.5.3 On định chống trồi đáy hố đảo - + 5252221232 1E21212122121212171211 11 xe 462.6 Phương pháp phần tử hữu hạn - 5c S2 E2E9ESE2E2EEEE 1215111 212152111 21121111 te 472.6.1 Git Hi he 3 472.6.2 Phân tích ứng xử thoát nước và không thoát nước trong PlaxIs 47

2.6.2.1 Ứng xử thoát nước (drained) ¿- - + s+s£SE+EE2ESEEEEEE121712111 21211 rk AT2.6.2.2 Ứng xử không thoát nước (undrained|) - - ¿- + +x+s£s+x+z+Eexzxerererrerkd 482.6.2.3 Lựa chon ứng xử trong phân tích hố đào sâu - 5255 +2++zcz+zxccs2 502.6.3 Các phương pháp A, B, C trong ứng xử Ứndrained - - «<< + ++++ 512.6.3.1 Phương phấp A - cc ST SH TH ng TH TH ng nhu 52“SN ¡0i 80 00 532.6.3.3 Phuong plhap Cou ee ceeccccceeseecesesneecesseecseneeeceeaeecceeaeeceeeeeeeesaeeceeeaeeenseaeeeeeas 542.6.4 Các mô hình đất nn oe eeeececceecseesseesseesseeseeseeesseessesseeesnessesseeeseessneesneesneesneesnees 542.6.4.1 Mô hình Mohr-Couloimb - + - c 1111230111 99210 111g gen 542.6.4.2 Mô hình hardening Soil (c1 E023 111332311111 1999 1n ven 58

Chuong 3 MO PHONG HO DAO SAU 33.5m CONG TRINH NICOLL HIGHWAY

-SINGAPORE 177 663.1 Mô tả công tri - c2 ng ng ng nọ vn 663.2 Thiết kế và thi cÔng -¿ - ¿+ ¿2122221232 1215212111211121211111111111111111 11111111 re 673.3 Sự sụp đồ công trình và VAN để đặt ra .Sc St TS n1 111111115111 111111 11111111111 ree 693.3.1 Sự sụp đô COMG trim Ẽ00017 —= 693.3.2 Van G6 Gat ra 713.4 Mô phỏng công trinh - - - - 11192 HH vn 73.4.1 Cầu tạo địa chất : + tt HH HH HH Hệ 713.4.2 Thiết kế thanh chống o c.ccccccccccccssscssssessssessssssscscsesscscsuesesessesessssesessesucssstsesseesseees 743.4.3 Mô phỏng công trình bang PlaXis 2552252221222 2E212 1212121112121 cxe 763.4.3.1 Mô hình phan tử hữu hạn -¿- 522552 2ES2E2E21212212122121212111 1121 xe 763.4.3.2 Mô phỏng trình tự thi cÔng - -.- c1 12H ng HH ng kn 793.4.3.3 Các thông số đầu vào mô hình đất - 55225 22x22 £E2E£2xezzxererree 803.4.4 Tinh toán chuyên vị, nội lực của tường vây, thanh chống ¿2-5 2¿ 833.4.4.1 Kết qua nội lực thanh chống qua các giai đoạn dao date cece 833.4.4.2 Kết quả chuyên vi tường vây qua các giai đoạn đào đất -5- 863.4.43 Kết qua momen tường vây qua các giai đoạn đào đất - eee 893.4.4.4 Kết qua độ lún đất nền xung quanh tường ¿+ 2 ++sz z+x+zzzx+zzcse2 91

3.4.4.5 Nhận xét kết quả mô phỏng + 5225 S2E2E2E2E£E2E2EEE2E2E2E 2.2 cEcrkee 93Chương 4 NGHIÊN CỨU CO CHE MAT ON ĐỊNH HO DAO SÂU 5-5-: 944.1 Phân tích và đánh giá nội lực hệ thanh chống - - ¿2 522ES22E£Ev£E2Eczzxczzzxe 944.2 Phân tích và đánh giá momen tường VAY 5c 111119 vn ng kg ưkg 99

4.3 Phân tích và đánh giá chuyển vị tường Vây ¿- 52s S2 E22 E23 22121211 errrk 1014.4 Cơ chế mat ồn định hố đào sâu - 22 5S 2E2E9EE 1212182121 21171 21112111111 102KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ 5-2-2 S2 SE2E2E9EEEE2E9E5E1115151111115121111112111111e 1111 y6 103TÀI LIEU THAM KHẢO 5E S213 235151511E5211111115111121111111111111 7111111110111 xe 104

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 - 1: Tường chăn bằng cọc xi măng đất - ¿- 56s 232 E* xxx reEEExrkrkrrkrkrrrrkrrrrrred 12Hình 1 - 2 : Tường chắn bằng ctr Larsen -¿ ¿6-55 22S£SE+x#EEEE‡EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEkrkrkrrkrrrrkrkrrerrred 13Hình 1 - 3: Tường cọc bản bê tông cố thếp - ¿+ ¿5252 SE+x#ESEE‡EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEkrkrkrrkrrrrkrkrrerrred 13Hình 1 - 4: Tường cọc khoan nhồÌi ¿ 5-5: 6 S2 S9S2E£EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrkrkrrrrkrkrrrrrred 14

Hình 1 - 5: Công tác thi công tường vây DaTTe( - - -G TY TH HH kh 14

Hình 1 - 6: Mặt bằng công trình VNPT Hà nội sử dụng tường C-Dwall ¿5-52 5ccc+cscxzrerred 15Hình 1 - 7: Hệ giằng chống bang thép ¿525235233 Et2EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrrrrkrkrrrrrrkd 16Hình 1 - 8: Hệ giằng chống bị biến dang do thi công không đúng thiết kế - 255525252 18Hình 1 - 9: Hiện trường sup đồ hồ dao công trình Nicoll Highway -. ¿5c 5c sszxsrsrxrrerred 19Hình 1 - 10: Hiện trường sup đỗ hồ đào trạm bơm nước thải Bangkok - 5+ ¿55 55+5s2sss>s2 20Hình 1 - 11: Hiện trường sụp đỗ hố đào cao Ốc Pacific -¿- 5c tk cv tetErkrkrrrrsrrrrrrrrred 21Hình 1 - 12: Hiện trường sup lún nhà ở xung quan hố đảo -¿-¿- - +52 52+s+E+£E£x+Eezzxvrrxexerszed 22

Hình 2 - 1: Sự thay đổi áp lực ngang của đất theo độ dịch chuyển của tường chăn - 24Hình 2 - 2: Các trạng thái cân bằng giới hạn dẻo của Rankine ¿+ + 2s +5*cx+xezszrsrrxrxersred 26Hình 2 - 3: Vòng tròn Mohr cho áp lực chủ động trong đất dính ¿5 55+ s22s+x+zzxzxerzed 26Hình 2 - 4: Tính toán áp lực đất chủ động theo Coulomb :- ¿+5 5+5 S£+x+E+E£x+Eerxzrsrerxrxerezed 28Hình 2 - 5: Áp lực đất lên lưng tường có hệ thanh chống - ¿2-5-5225 S2 2+ £xvEerxzrsrerxrrrrsred 34Hình 2 - 6: Ap lực đất lên lưng tường có hệ thanh chống - ¿2-5-5252 S22++E+EE£xvEerxzrererxrsrrered 35Hình 2 - 7: Tính lực đọc lên hệ thanh chống theo phương pháp một nữa . ¿ - +55552 52552 36Hình 2 - 8: Tính lực doc lên hệ thanh chống theo phương pháp bên dưới -.- 2-5525 5z5s2 36Hình 2 - 9: Tính lực doc lên hệ thanh chống theo phương pháp gối tựa - - ¿2-5 +52 ss>s2 37

Hình 2 - 10: Hiện tượng chân tường bị đá - - (c1 111111 1 v11 vn HH re 39

Hình 2 - 11: Phân tích đây ngang tường cọc ván bằng phương pháp ứng suất tổng - 40Hình 2 - 12: Phân tích đây trồi đáy hồ đào theo phương pháp sức chịu tải của Terzaghi 41Hình 2 - 13: Phân tích đây trồi hố dao theo phương pháp Terzaghi -: - 552252 5s+s+cvzxzxerzed 42Hình 2 - 14: Phân tích đây trồi đáy hồ đào theo phương pháp sức chịu tải âm - 55+ 43Hình 2 - 15:Hệ số sức chịu tải của SKempton (1© S]) - «<< c 111 SH nu HH khe 44

Hình 2 - 16: VỊ trí tâm cung trượt tròn theo phương pháp mặt trượt trụ tròn -« «<+- 44

Hình 2 - 17: Phân tích đây trồi hố dao theo phương pháp mặt trượt trụ tròn s55 s+s+ 45Hình 2 - 18: Hệ số an toàn tăng khi vòng tròn phá hoại vượt quá bé rộng hồ đào 46Hình 2 - 19: Lộ trình ứng suất sử dụng phương pháp A -¿-:- ¿2-5552 S22x+EvE£xeEerxrrerersrrrrered 52Hình 2 - 20: Lộ trình ứng suất của đất cỗ kết trước nặng sử dụng phương pháp A -. - 53

Hình 2 - 21: Lộ trình ứng suất sử dụng phương pháp B :- ¿2-5-5525 S2+x‡EvE£xeEerxrrerersrrrrered 53Hình 2 - 22: Quan hệ ứng suất — biến dang mô hình Mohr - Coulomb ¿+ ¿2 +c+cszs+sz>s2 54Hình 2 - 23: Mặt giới hạn Mohr — Coulomb trong không gian ứng suất chính - - «+ 56Hình 2 - 24: Quan hệ giữa biến dang theo phương ngang so với phương đứng .-5 5-5- 57Hình 2 - 25: Quan hệ ứng suất và biến dạng Hyperbol cho mẫu nén ban đầu - - «+ 60

Hình 2 - 26: Định nghĩa mô đun #””' trong thí nghiệm nén cố kết - - ¿5+5 61

Hình 2 - 27: Các đường cong dễo ứng với giá trị 7, khác nhau cccc+cccetiekeeeereee 62

Hình 2 - 28: Các mặt déo trong mặt phẳng p — q của mô hình Hardening soil - «+ 62Hình 2 - 29: Mặt ngưỡng mô hình Hardening soil trong không gian ứng suất chính - 63Hình 2 - 30: Đường cong biến dạng cho thí nghiệm 3 trục thoát nước tiêu chuẩn bao gồm góc giãn nở

"ae 63

Hình 3- 1: Vị trí toàn tuyến xây dựng C825 và CÑ2244 - +: 2+2 t2 212111210111 2111 111111111 66Hình 3- 2: VỊ trí xảy ra sự & 66Hình 3- 3: Toàn cảnh xảy ra sự cố sập hố da0 ec cccccccsccsessssesesscsessesesesscsessesescescsesesscscsscsssesecseseeseaeeness G7Hình 3- 4: Mặt cắt tường vây và hệ chống đỡ h6 đào -¿- 2252 522123 SE E221 11121221211 ve 68Hình 3- 5: Sơ đồ hệ thanh chống hố đảào - ¿2-5 2E 95£SE9E9EE2E 2381219212121 1121121 21112112111 re 68Hình 3- 6: VỊ trí thanh chống S335 bị mất Ổn định - - kstSS 11t 5 515111 5115111 5111151 xserxei 69Hình 3- 7:: Thanh giằng bị biến dang thiết kế sai - ¿5-5-5222 22239221 3112121212113 11 12.211 ve 70Hình 3- 8: Nhà thâu thi công tự ý đổi thiết kế gia cường thanh giằng ¿+ + 25525522 czzsscs2 70Hình 3- 9: Biểu đô chuyên vị của tường chắn phía Nam (I — 1(‡) .- 2-5 525x252 ++x+zszxzxssced 71Hình 3- 10: Sơ đô các giếng khoan thăm đò địa chất ¿2+ 2 5+ SE 2E 2222212 E2EEEeErkrrrrred 72Hình 3- 11: Mặt cắt địa chất tại vị trí xảy ra sự cố ( COI Report, 2OOS) HH kg 73Hình 3- 12: Sức chống cắt không thoát nước từ thí nghiệm hiện trường (Whittle and Davies, 2006) 73Hình 3- 13: Mô hình đất đơn giản hoá 2225222212123 192121211 112121121 1111121111111 11111 c1ere 74Hình 3- 14: Mô hình tính toán lực dọc tác dụng lên thanh chống ¬ 75Hình 3- 15: Cách xác định bề rộng mô hình PlaXis - + 2252 S 522822 S£2E£E#EE£EE£Erxerrkrrersred 77Hình 3- 16: Mô hình hố đào được mô phỏng bằng PlaXi 2- 525252 S22 SEE‡EE2EcEvrxrrrrersred 77Hình 3- 17: Nội lực lớn nhất hệ thanh chống phân tích bằng mô hình đất Morh Coulomb theo phương

Hình 3- 21: Chuyển vị tường phân tích bằng MH — MCB (U,max=355mm)) . -5- S6Hình 3- 22: Chuyển vị tường phân tích bằng MH — MCA (U,max=255mm) - 5255-52 S6Hình 3- 23: Chuyển vị tường phân tích bằng MH — HS (U,max=283mm) - 2-2552 5552 S7Hình 3- 24: Chuyển vị tường theo quan trắc theo thời gian thi công (U;max=325mm) S7

Hình 3- 25: Momen tường vây phân tích bằng MH — MCB (Mmax=4719kKNÑm/m) - 89

Hình 3- 26: Momen tường vay phân tích bang MH — MCA (Mmax=38Ø7kNm/m) 89

Hình 3- 27: Momen tường vây phân tích bang MH — HS (Mmax=4480 KNm/m) - 90

Hình 3- 28: Độ lún dat nền xung quanh tường vây theo MH - MCB (Uymax=162mm) - 91

Hình 3- 29: Độ lún dat nền xung quanh tường vây theo MH — MCA (Uymax=123mm) 91

Hình 3- 30: Độ lún dat nền xung quanh tường vây theo MH - HS (Uymax=163mm) 92

Hình 3- 31: Độ lún đất nền xung quanh tường vây theo quan trắc ( 04/04/2004 U¿=150mm)) 92

Hình 4 - 1: So sánh nội lực lớn nhất hệ thanh chống ¬ 94Hình 4- 2: Nội lực hệ chống 7, 8, 9 theo quan 2 95Hình 4- 3: Thí nghiệm ảnh hưởng của độ lệch trục đối với khả năng chịu lực của thanh chống theo 2dạng kết cấu Stiffeners và C-Channel ¿+ 5% SE S2 S2 2E92E 19192121238 1219212121111 21111 111121111 ce 97Hình 4- 4: Sự anh hưởng cua độ trôi hệ king post gây ra sự lệch trục hệ shoring - «- 97Hình 4- 5: Độ trồi đáy hồ móng phase đào bỏ sàn JGP 2252 5221222222 2121121121 rrred 98Hình 4- 6: Momen tường vây phân tích bằng MH — MCB so với thiết kế 25255255252 99Hình 4- 7: Momen tường vây phân tích bằng MH — MCA so với thiết kẾ - 25-55252252 sscs2 99Hình 4- 8: Momen tường vây phân tích bằng MH — HS so với thiết kế - + 2+ 55s 55252 100Hình 4- 9: Chuyến vị lớn nhất phân tích bằng PP PTHH và quan trắc - 2s + ss+5s5s+s+2 101

MỞ ĐẦU

1 Đặt vẫn đềNgày nay, các thành phố lớn trên thế giới có tốc độ phát triển không ngừng, kèmtheo đó là sự tăng dân số rất nhanh dẫn đến nhu cầu về chỗ ở và đi lại ngày càng lớn.Đề đáp ứng những yêu cầu đó đòi hỏi các thành phố cải tạo hoặc xây mới các đô thịcủa mình một cách tối ưu trên một không gian chật hẹp Với ý tưởng chung là triệt đểkhai thác và sử dụng không gian dưới mặt đất cho mục đích kinh tế, xã hội, văn hoá

môi trường và cả cho phòng vệ quôc phòng, dân sự.

Việc xây dựng các loại hình công trình đặt sâu trong lòng đất như hiện nay dẫnđến xuất hiện hoàng loạt kiểu hỗ đào sâu khác nhau Để thực hiện chúng người thiếtkế và thi công cần có những biện pháp chắn giữ dé bảo vệ thành vách hỗ đào va côngnghệ đào thích hợp về mặt kỹ thuật — kinh tế cũng như an toàn về người và môi

trường.

Cùng với sự phát triển của công nghệ thi công hỗ đào sâu, những phương phápkhảo sát địa chất công trình, người ta cũng đã đạt được nhiều bước tiến về lý thuyếttính toán cũng như phát triển những phần mềm hỗ trợ để phân tích và quyết địnhphương án thiết kế phù hợp nhất Những phần mềm này đòi hỏi người kỹ sư sự amhiểu một cách thông suốt về lý thuyết tính toán và cách thức tính toán của nó (các môhình đất, cách loại ứng xử của đất, ) để đạt được kết quả gần đúng nhất và an toàn

khi thi công cũng như khi đưa công trình vào hoạt động.

Do nhiều nguyên nhân khác nhau có thé dẫn đến sự cố khi thi công hỗ đảo sâunhư: thi công không giống như thiết kế, kết quả khảo sát địa chất bên dưới công trìnhkhông đúng, chưa hiểu rõ phân mềm hỗ trợ tính toán, Hậu quả dẫn đến là một sốcông trình đã gặp sự cô dẫn đến thiệt hại vé con người và kinh tế rất lớn Từ những

công trình đã gặp sự cố, việc tìm ra nguyên nhân và cách khắc phục sự cố là một cần

thiết để tránh những trường hợp đáng tiếc có thể xảy ra

2 Mục tiêu nghiên cứu

Vào lúc 3:00 PM, ngày 20 thang 4 năm 2004, tại Singapore, xảy ra sự cô sập hồđào sâu 33.5m gây nhiều thiệt hại về tài sản và nhân mạng Do đó, mục đích thực hiệnluận văn này nhằm mô phỏng lại công trình bằng phần mềm Plaxis 2D Sau đó, tìm

hiệu cơ chê gây mat ôn định ho đào và nguyên nhân sự cô trên.

Các hiện tượng xuât hiện khi thi công hô đào sâu sẽ như thê nào? Cơ chê nào gâymat ôn định hô đào sâu? Tam quan trọng của thông sô đâu vào và mồ hình bài toán?

Trình độ của đội ngũ thi công có đảm bảo thiết kế?Để trả lời các câu hỏi trên, tác giả tiến hành các nghiên cứu như sau:- Phân tích các hiện tượng có thé xảy ra trong quá trình thi công h6 đào sâu.- Các cơ chế dẫn đến sự mắt ôn định của hồ đào sâu

- So sánh và đánh giá tính chính xác của phương pháp số thông qua một số phương

pháp giải tích đơn giản.

3 Phương pháp nghiên cứu

Đề nghiên cứu những nội dung trên, học viên đã lựa chọn phương pháp sau:

- Phu thập dữ liệu từ các báo cáo của các cơ quan và các tác giả có uy tín làm cơ sởcho việc nghiên cứu.

- Kiểm tra tính đúng đắn của thiết kế thông qua các phương pháp tính toán bằng giải

tích.

- Mô hình hoá công trình thực tế bằng phương pháp phân tử hữu hạn

- Su dụng két quả quan trac ngoài thực địa và các kêt quả điều tra sau sự cô của cơquan có uy tín; kêt hợp với kêt quả mô phỏng công trình đê tiên hành so sánh với

thiết kế trước đó.- Phân tích cơ chế gây mat 6n định của hé dao sâu trên công trình thực tế

4 Y nghĩa khoa học của đề tàiĐề tài này có ý nghĩa nhằm tìm ra các nguyên nhân chính và các nguyên nhân phụgây ra mat ôn định hố đào sâu 33.5m — công trình Nicoll Highway Singapore Từ đó,rút ra được những bài học về thiết kế và thi công.

Từ kết quả nghiên cứu của dé tài này ta có thé rút ra được một số bài học về thiếtkế hỗ đảo sâu Ngoài ra, Việt Nam hiện hiện nay có tốc độ phát triển nhanh vì vậy détài này có giá trị tham khảo rất thiết thực để tham khảo nhằm cung cấp thêm một sốkinh nghiệm thiết kế hỗ đảo sâu

5 Phạm vi nghiên cứu của đề tàiĐề tài giới hạn trong phạm vi công trình hố đảo sâu 33.5m công trình NicollHighway — Singapore Dé tài sử dụng các kiến thức trong phạm vi liên quan đếnchuyên ngành xây dựng công trình ngầm và một số ít kiến thức của các ngành kháckhi nó có tam ảnh hưởng quan trọng Và đối tượng nghiên cứu từ công trình hố đào

sau Nicoll Highway Singapore.

Chương 1 TONG QUAN VE HO ĐÀO SAU

1.1 Sơ lược về hồ đào sâu1.1.1 Khái niệm hồ đào sâu

Năm 1943, Terzaghi đưa ra khái niệm: hồ dao sâu là hố dao có chiều sâu lớn hơnchiều rộng của hỗ Nhưng đến năm 1967, Terzaghi và Peck dé nghị hỗ đào sâu là hồđào có chiều sâu lớn hơn 6m Tuy nhiên, trong thực tế ở những hồ đào có chiêu sâu íthơn 5m nhưng phải đảo trong đất có điều kiện địa chất công trình và địa chất thuỷ văn

phức tạp thì ứng xử của hồ đào cũng có thê xem là hồ đào sâu.

1.1.2.Một so nghiên cứu tiêu biéu về ho đào sau

Các công trình nghiên cứu tiêu biểu về hố đào sâu nói chung là Peck(1969),Lambe (1970), O’Rourke (1981), Clough và O’Rourke (1990) đã tong hợp quá trìnhphát triéu của công tác thiết kế, thi công va quan trắc hố đào sâu với các chủ dé liềnquan đến quan trắc công trình thực, chuyên vị nền đất và tường hố đào, phân tích bangphương pháp số và ứng suất lên tường khi đắp đất và đầm chặt Sau đây là một sốtổng kết về các công trình nghiên cứu trên

s* Nghiên cứu của Peck(1969):

Peck đã xem xét những hố đào sâu là những hố đào với những cạnh thắng đứngyêu cầu hệ thống chống đỡ bên ngoài Chuyển vị ngang, lún đất nền cạnh hồ đào, mat6n định trồi đáy hố đào, những phương pháp giảm chuyền vị đất nền cạnh hồ đào, vànhững biểu đồ áp lực đất cho thiết kế hố đào sâu là những chủ đề chính được thảo luận

bởi Peck Tuy nhiên, những nhận xét trên của Peck được dựa trên kinh nghiệm cánhân và những trường hợp nghiên cứu đã xuât bản.

Có 3 chủ dé chính trong thảo luận của Peck của hồ đào sâu Thứ nhất đó là sự quantrọng của loại đất và đặc tính thực hiện hỗ đào sâu Thứ hai đó là sự quan trọng củachiều sâu hố đào Thứ ba đó là cái ma Peck gọi là “tay nghề công nhân” trong việc

kiêm soát chuyên vi.

s* Nghiên cứu của Lambe (1970)

Bài báo nghiên cứu của Lambe năm 1970 trên hỗ đảo giăng chống tập trung trênthiết kế và phân tích hố đào sâu và hệ chống của nó Lambe xem xét lại những yếu tôảnh hưởng chuyến vị của dat do việc đào Tác giả đã bao gồm ba trường hợp của hồđào cho dự án xe điện ngầm MBTA ở Boston, và ứng dụng tình hình của đề tài nghiêncứu cho thiết kế và phân tích một trong ba trường hợp đó và so sánh dự đoán với đo

đạc được.

Lambe đã kết luận rang tình hình của dé tài nghiên cứu cho thiết kế và phân tíchhó đào giang chong thi cách khá xa su thỏa mãn, vi lực của hệ chồng đỡ và chuyển VỊđất nền không thể dự đoán với sự tin tưởng Lambe cũng đề xuất răng phương phápphân tử hữu hạn và kinh nghiệm chia sẻ thông qua những trường hợp đã xuất bản làhai trong SỐ những cách hứa hẹn nhất dé đạt tới sự hiểu biết quá trình thực hiện hồ dao

sâu.

s* Nghiên cứu cua O”Rourke (1981)

O’Rourke nghiên cứu chuyển vị đất nền gây ra bởi hố đào sâu có giằng chống vànhững hoạt động thi công liên quan Ông đã chỉ ra sự quan trọng của hoạt động chuẩnbị công trường lên chuyển vị đất nền, và cũng đã liệt kê ra sự bồ trí lại và việc hạ mựcnước ngâm, thi công tường vây, thi công hỗ móng sâu cũng như là những hoạt độngchuẩn bi của công trường có thé gây ra chuyển vị đất nền Tác giả cũng nghiên cứuquan hệ giữa hình dạng chuyền vi của tường hồ dao và tỉ số chuyển vị ngang và đứngcủa mặt đất nên băng cách xem xét dữ liệu thực hiện từ bảy trường hợp nghiên cứu.O’Rourke cũng kết luận từ những phân tích rang tỉ số chuyển vị ngang trên chuyền vịđứng là 1.6 đối với biến dạng công sôn thuần túy và 0.6 đối với biến dạng phình trôithuần túy của tường vây Ngoài ra, O’Rourke cũng đã nêu ra những kết luận về tácđộng của độ cứng giằng chống, việc ứng suất trước của giằng chống, và sự tính toánthời gian của việc lắp đặt chong Tác giả nhận xét rằng độ cứng hữu hiệu của chống cóthé thấp hơn 2% so với độ cứng chuẩn AE/L do hiệu ứng nén tại vị trí liên kết và hiệu

ứng uôn của giang chông.

s* Nghiên cứu của Clough và O”Rourke (1990)

Clough và O’Rourke nghiên cứu chuyển vị gây ra bởi hỗ đào sâu bằng cách xemxét dữ liệu từ trường hợp và những nghiên cứu trước đó Các tác giả đã chia chuyên vira làm 2 loại Thứ nhất là chuyên vi do quá trình đào thi công tường vây, và loại kia làchuyển vị gây ra bởi hoạt động thi công phụ Ho đã kết luận từ những nghiên cứu củamình răng chuyến vị do hố đào sâu có thé được dự đoán trong những phạm vi hop lý

nêu nguồn gôc chuyền vi được xem Xét.

1.1.3.Cau tạo kết cầu chắn giữ thành hồ đào1.1.3.1.Bộ phận chắn dat

Gom các ket câu chan dat ngăn nước (tường liên tục trong dat, tường trộn xi măngdat, ) và các kê câu chăn dat không ngăn nước ( cọc thép chữ H hay chữ I có ban cai,

cọc nhéi đặt thua, ).Một số loại tường chan hồ dao thường sử dụng:s* Coc xi măng đất: Trộn đất với xi măng ở dưới sâu, lợi dụng phản ứng hoá học —

vật lý xảy ra giữa xi măng với đất, làm cho đất mềm đóng răn lại Sau khi đóng rắnlại sẽ thành tường chăn có dạng bản liền khối đạt cường độ nhất định, được sửdụng rộng rãi trong việc quây giữ hố đào sâu từ 5-7m

ĐC- eR “

Ñt¿

.`.

-Hình 1 - 1: Tường chan bằng coc xi măng đất

lv* Coc ban thép (cir Larsen): Dùng phương pháp đóng hoặc rung dé ha chúng vàotrong đất, sau khi hoàn thành việc chắn giữ, có thể được tái sử dụng Loại này rấtthích hợp khi thi công trong thành phố và trong đất dính, được sử dụng cho hồ dao

+

s* Coc ban bê tông cốt thép: Cọc có chiều dài từ 6 — 12m, sau khi hạ cọc xuống đất,người ta tiến hành cố định đầu cọc bằng dầm vòng bê tông cô thép hay thanh neo,thích hợp cho loại hố đảo từ 3 — 6m

s% Coc khoan nhài: Cọc khoan nhdi có đường kính 0.6 — Im, dài từ 15 — 30m lam

thành tường chan theo kiểu hàng cọc, đỉnh cọc được cô định băng dầm vòng băngbê tông cốt thép Loại này thích hợp cho hồ dao sâu từ 6 — 13m

Hình 1 - 4: Tường cọc khoan nhéi

+ Tường vây barret: là tường bê tông đồ tại chỗ, chiều dày từ 0.6 — 0.8m dé chắn giữồn định hỗ đào sâu trong quá trình thi công Tường được làm từ các đoạn cọcbarret, tiết diện chữ nhật với chiều rộng từ 2.6 — 5m Các đoạn barret được liên kếtchống thắm bang gioăng cao su Loại này thường được thiết kế cho hỗ đào cóchiều sâu lớn hơn 10m hoặc trong điều kiện thi công tương đối khó khăn

lv* Tường vây chu vi tròn (C-Dwall): là loại trong vay được thi công bởi nhiều tampanel hình chữ nhật liên kết với nhau bởi các khớp mềm hoặc các dạng gioăng cảnnước liên tục dé tạo thành một hình dang tròn hoàn chỉnh Uu điểm của dạng

tường này là tự ôn định dưới tác dụng của áp lực đất

1.1.3.2.Hệ chong đỡ hồ đào

G

* Thanh chống băng gỗ: Loại thanh chống nay có giá thành rẻ nhưng có cường độchịu nén thấp, dễ nứt, rất nhạy cảm với sự ăn mòn, độ cứng dọc trục bé Bên cạnhđó, việc nối ghép các thanh gỗ với nhau rất khó khan, đồng thời không thé tái sửdụng cho công trình khác Do đó, hệ thanh chống bằng gỗ ít được sử dụng trongthi công hồ đào

lv+* Thanh chong băng bê tông: Loại thanh chống này có độ cứng dọc trục lớn nên cóthé sử dụng với các hồ đào có hình dạng khác nhau ma không gây ra hiện tượngchùng ứng suất Tuy nhiên, hệ thanh chỗ này có trọng lượng lớn, không dễ dangcho việc tháo dỡ, việc kích tải trước cho hệ cũng rất khó khăn và phải cần nhiềuthời gian để đạt được cường độ cho phép Do đó, hệ thanh chống băng bê tông cốtthép không phải là lựa chọn tối ưu trong thi công hồ đào

* Thanh chống băng thép: Hệ thanh chống băng thép có ưu điểm như: dễ lắp đặt vàtháo dỡ, thời gian thi công ngăn, chi phí thấp, dễ kích tải trước Do đó, hệ thanhchống băng thép được dùng rộng rãi trong thi công hé đảo sâu.

1.2 Yếu tố anh hướng đến sự ôn định hồ đàoỨng xử của hồ đảo sâu có liên quan đến sự ôn định và mức độ chuyển vị của hỗđào và đất nền xung quanh hồ dao Độ ốn định của hố đào và mức độ chuyển vi củanên xung quanh có mối liên hệ mật thiết với nhau Hệ số an toàn càng lớn thì mức độchuyển vị càng nhỏ và ngược lại Sau đây là một SỐ yếu tố ảnh hưởng đến sự 6n định

và mức độ chuyên vi của hồ đào.

Sự thay đối trường ứng suất trong đất nền: Sự giảm ứng suất theo phương thăngđứng và phương năm ngang xảy ra trong qua trình đào và việc thay đối sự cân bằng áplực nước lỗ rỗng có tác động quan trọng tới biến dạng của đất Sự thay doi mối quanhệ ứng suất — biến dạng theo thời gian trong quá trình đào sẽ làm thay đổi ứng suấthữu hiệu khi áp lực nước lỗ rỗng được cân bang lại

Kích thước hỗ đào: Hình dạng mặt băng, diện tích mặt băng và độ sâu của hồ

móng, tat cả đều có ảnh hưởng lớn tới sự mở rộng và sự phân bố dịch chuyên đất xungquanh và bên dưới đáy hố móng với những điều kiện đất nền nhất định Độ sâu hỗ đào

hiện nhiên có ảnh hướng tới sự dịch chuyên cua dat.

Mực nước ngâm: Tác động của nước ngân đôi với độ lún của đât rât đa dạng vàxảy ra ở các giai đoạn đào khác nhau Dòng thâm bên dưới cọc cừ làm đây nôi đáy hôđào và là nguyên nhân làm giảm áp lực nước ngâm làm gia tăng ứng suât hữu hiệu vàđộ lún bên ngoài biên hô dao.

Dac tính của dat: Theo Peck (1969), dịch chuyên của tường và độ lún cua dat trongdat cứng sẽ có tri sô nhỏ hon so với trong dat mêm.

Độ cứng hệ chống đỡ: Việc tăng độ cứng hệ chồng đỡ làm giảm chuyển dịch củađất bên ngoài hỗ móng Lực cân bang thay đổi trong thanh chống và sự thay đổi áp lựcđất ở dưới đáy hỗ móng là nguyên nhân gây ra một lượng dịch chuyển ngang phụthuộc vào độ cứng của thanh chống và độ cứng của đất ở trạng thái nén bên dưới đáy

hô móng.

Biện pháp thi công: Việc lựa chọn biện pháp thi công tong thé đối với tang hầm (top — down, bottom — up), kĩ thuật sử dụng thanh chống hay ván cừ cho biên tầngham, khoang thoi gian tiễn hành các giai đoạn đào, tất cả đều có ảnh hưởng đến sựdịch chuyền và 6n định của đất ở quanh hỗ móng với điều kiện đất nên và kích thước

hô móng đã xác định.

Trình độ thi công: Nhiều kết quả quan trắc và các tiêu chuẩn thi công khác nhauđều cho thay răng việc đảo nhanh và thái độ thi công cau thả đối với công việc chống

đỡ hố dao cũng dẫn tới sự dịch chuyển của hệ thanh chồng, sự lún sụt của đất và

những phá hoại cục bộ và đã có trường hop dẫn tới sụp đồ Cũng có nguyên nhân docông tác giám sát và quản lí thi công không chặt chẽ đã gây ra lún sụt đất xungquanh hó đào hay mất ôn định dẫn đến sup đồ của hệ chồng đỡ hồ móng Do đó, trìnhđộ và sự nghiêm túc của đội ngũ thi công có ảnh hưởng rất lớn đến sự ôn công trình

ho dao sâu.

1.3 Nguyên nhân gây mat ôn định hồ đào

1.3.1 Nguyên nhân khách quan

Các số liệu khảo sát địa chất khó đại diện được cho từng lớp đất Độ chính xác củacác số liệu này tương đối thấp và khi thiết kế người kỹ sư thường không có đủ các sốliệu để phục vụ cho việc thiết kế

Công trình hé đào sâu thường có thời gian thi công dài, từ khi đào đất đến khi hoànthành công trình ngâm, các tính chat cơ lý của đất đã có sự thay đổi, không còn nhưkhi khảo sát địa chất

Tại các khu vực dat yêu, mực nước ngâm cao, việc thi công hô dao rat dê sinh ratrượt lở khôi dat, mat ôn định hô đào, tường chăn bị dịch chuyén, làm hư hại hồđào, ảnh hưởng nghiêm trọng các công trình xây dựng xung quanh.

1.3.2 Nguyên nhân chú quan

Một khâu nao đó trong quá trình thi công hố đào sâu thất bại sẽ dẫn đến cả công

trình bị đô vỡ và hậu qua là v6 cùng nghiêm trọng.

Don vi thi công chư có nhiêu kinh nghiệm, thi công chu quan hoặc chưa can nhac

kỹ càng trong việc lựa chọn phương án giữ 6n định cho thành hồ dao và các công trình

lân cận Ngoài ra, công trình hô đào sâu phát triên theo xu hướng độ sâu ngày cànglớn, diện tích ngày càng rộng, trình độ và kỹ thuật của đơn vi thi công chưa theo kip.

Phần lớn hỗ đào sâu là công trình tạm thời mà lại thường chiếm giá thành xâydựng cao trong tổng giá thành công trình, là một khâu khó về mặt kỹ thuật Do đó,công tác thi công hỗ móng thường bị cắt giảm chi phí dẫn đến cắt giảm về biện phápdẫn đến không đảm bao chất lượng, công trình dễ xảy ra sự có

1.4 Một số công trình hồ đào gặp sự cô trên thé giới và nước taVới trình độ phát triển khoa học kỹ thuật ngày càng nhanh, việc sử dụng hỗ đảosâu ngày càng nhiều và quy mô ngày càng lớn Tuy nhiên, vẫn xảy ra một số sự côđáng tiếc xảy ra, gây thiệt hại rất lớn về người và của như: sat lở hỗ dao, gây sụt lún,nứt nẻ, thậm chí sụp đồ các công trình lần cận, các sự cô này chủ yếu do việc thiết kế

thi công các công trình hô đào có tường chăn ít được quan tâm đúng mức.

Công trình hỗ đào sâu 33.5m Nicoll Highway — Singapore, ngày 20 — 4 - 2004 khiđang tién hành đào đất ở độ sâu cuối cùng của công trình thì xuất hiện những tiếngđộng của chuyền vị tường Vào lúc 3:30PM công trình đã mất 6n định và sup đồ làmhư hại tuyến đường cao tốc Nicoll Highway và gây thiệt mạng 4 người và hư hạinhiều công trình xung quanh

s* Tram bơm nước thai Bangkok — Thái Lan có kích thước 20.3m đường kính, sâu

20.2m, bị sập ngày 17 — 8 — 1997 khi vừa hoàn tat công tác dao và lắm đặt hệthanh chống Kết cau của công trình gồm hệ tường vây liên kết (Diaphragm wall)giữ vai trò như tường chan khi thi công đào sâu và giữ vai trò tường hầm sau khiđúc bê tông các bản sàn hầm Đặc biệt là công trình này có kích thước hoàn toàngiống một công trình tương tự đã thi công thành công ở Frankfurt — Đức

s* Nhà văn phòng trên đường Hà Nội — Hà Đông, trong quá trình thi công ép ctr

G

Larsen và bơm hút nước trong hỗ móng đã làm cho nên đất dưới móng nông củamột số nà ở 4 tầng gan đồ bị lún không đều và gây nút trong nhà, phải ngừng thicông để xử lý

Cao ốc Pacific — Nguyễn Thị Minh Khai, Quận 1, TPHCM công trình có quy mô20 tang và 3 ham Tháng 10 — 2007, trong khi thi công dao ham công trình cao ốc

này đã làm sập toà nhà trụ sở Viện Khoa học xã hội vùng Nam bộ và làm ảnh

hưởng đến trụ sở Sở ngoại vụ gan đó Nguyên nhân sự cố được xác định là dotường vây bê tông cốt thép của công trình không đạt chất lượng, có lỗ thủng dẫnđến dẫn đến lưu lượng nước ngầm chảy vào hố dao rất lớn kéo theo lớp cát bên

dưới công trình lân cận chảy theo gây sụt lún.

oo

Cao ốc Sài Gòn Residence — Thi Sách, Quận 1, TPHCMNgày 31 — 10 — 2007 khi đang thi công đào đất cho việc nối cọc ở độ sâu 8m thìphát hiện có có mạch nước ngâm phụt mạnh cuốn theo các hạt cát nhỏ Hậu quả là10 phút sau, đoạn via hè năm sát chung cư Nguyễn Siêu bị sụp xuống với diện tích

4x4m và độ sâu 1.6m.

Cao ốc Sài Gòn M&C — Tôn Đức Thăng, Quận 1, TPHCM được xây dựng với 5tang ham, tường vây dày Im, sâu hơn 40m Đêm 30 — 1 — 2010, trong quá trình thicông tường vây tầng ham đã xảy ra sự có làm ảnh hưởng đến 10 căn nhà lân cận.Nguyên nhân là do lỗi kỹ thật của nhà thầu trong quá trình thi công tường vây cáctầng ham công trình

1.5 Nhận xét

Nhìn chung, việc nghiên cứu và tính toán ôn định hố đảo sâu đã trải qua một quátrình lâu dài và đã gặt được nhiều thành tựu đáng kế Bên cạnh đó cũng đã vấp phảinhiều sự cố đáng tiếc gây thiệt hại lớn về người và của Do đó, tính toán hố đào sâu làcông việc đòi hỏi sự hiểu biết rất rõ về công cụ tính toán cũng như sự phát triển của

công nghệ đi cùng.

Ngày nay, cơ học đất hiện đại nhận định lại khi có nhiều công trình ngâm được

xây dựng trong các diện tích đô thị, chính vì việc xây chen đó nên việc đảm bảo các

ảnh hưởng thấp nhất của hố dao đến các công trình xung quanh khiến cho khái niệmhồ đào sâu chỉ còn khái niệm là hố đào Và công việc tính toán lúc này được giao chomáy tính ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn Do đó, việc phân biệt hố đào sâu

hay nông không còn quan trọng nữa mà chi còn lại sự hiệu biệt bê ứng xử của dat.

Việc sử dụng công cụ nay đòi hỏi phải năm ro các thông sô đâu vào và các dạngứng xử của mồ hình hô đào phù hợp với thực tê công trình Do đó, trong luận van nàychu yêu phân tích cơ chê mat ôn định hô đào sâu dựa trên phương pháp phán tử hữuhan.

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYET TÍNH TOÁN ỒN ĐỊNH HỒ ĐÀO SAU

2.2 Lý thuyết tính toán áp lực ngang của đất lên tường chắnKhi tính toán kết cau chắn giữ, áp lực đất tác động vào bề mặt của kết cấu chắn giữgọi là áp lực đất Độ lớn và quy luật phân bố của áp lực đất có liên quan đến các yếutố về hướng và độ lớn của chuyển vị ngang độ cứng độ cao của kết cấu chan giữ vàđặc tính của đất Do đó áp lực ngang của đất được phân thành các loại sau:

* Áp lực đất tĩnh: Nếu tường chan đất được duy tri ở trang thái tĩnh thi áp lực đất tácđộng vào tường gọi là áp lực đất tĩnh Hop lực của áp lực tác dụng lên chiều dàitường chan được biểu thị bằng Eo( kN/m), cường độ áp lực dat tĩnh biểu thị bằngpo(kPa) Áp lực dat tĩnh là ứng suất pháp có độ lớn tăng theo chiều sâu, chính làứng suất do trọng lượng bản thân

Ấp lực ngang của đất có khuynh hướng đây trượt vật chắn và khi vật chăn trượt rakhỏi hay lấn vào khối đất, khối đất đạt trạng thái cân bằng dẻo giới hạn và áp lựcngang tương ứng của đất đạt cực trị được gọi là áp lực ngang của đất ở trạng thái cânbăng phá hoại déo Hai loại cực tri đó là:

Áp lực dat chủ động: Khi áp lực ngang của đất có giá trị nhỏ nhất, ở trang thái cânbăng phá hoại dẻo chủ động, ký hiệu là Eạ

* Áp lực đất bị động: Khi áp lực ngang của đất có giá trị lớn nhất, ở trạng thái cânbăng phá hoại dẻo bi động, ký hiệu là E,.

_

Ea—— 0 ——>—

Hình 2 - 1: Sự thay đổi áp lực ngang của đất theo độ dịch chuyền của tường chan

2.2.1 Lý thuyết Mohr — Rankine2.2.1.1 Doi với đất rời

Hãy xem xét khối đất không dính, đồng nhất, phạm vi bán vô hạn có góc ma sáttrong là ø' Tại một điểm bat kỳ ở dưới mặt nằm ngang, ứng suất hữu hiệu lay băng:

- Ứng suất thang đứng: o, =o,- Ứng suất năm ngang: o, =<,Các vòng tròn Mohr biéu thị hai trang thái cân bằng dẽo có thé có, đều tiếp xúc vớiđường bao phá hoại bởi vì chúng đều quan hệ với một điều kiện giới hạn

Các điểm A và C biểu thị trạng thái ứng suất hông liên hợp tương ứng với trạng

thái chủ động và bị động:

OA= O,, - áp lực hông chu động:

OC= Ốp

iP- Ap lực hông bi động.

Khi nở hông sẽ dẫn tới Øz„ < Ø,

Khi co ép hông sẽ dẫn tới Ø„„ > Ø,

Từ vòng tron Mohr, mặt phá hoại được định hướng tương ứng bởi góc @, và @,:

Trong đó: K, là hệ SỐ áp lực đất chủ động

K, là hệ số áp lực dat bị động.Theo quan hệ lượng giác, hệ số áp lực đất có thé biểu diễn qua góc ma sát trong Ọ

của dat:

Ø„ OA

„=-#“=— (2 5)ơ, OB

go ° 2a =90° +9

ha

Hình 2 - 2: Các trang thái cân bằng giới han dẻo của Rankine

(a) Trạng thái chủ động ; (b) Trạng thái bị động

2.2.1.2 Đối với đất dính

a)Điều kiện thoát nước:

Lý thuyết ban đầu của Rankine chỉ giải quyết áp lực trong vật liệu hại (có ma sát)và không xem xét đến lực dính Trong điều kiện không thoát nước và trong đất quá côkết, độ bên cắt được biểu diễn toàn bộ hay một phan băng lực dính biéu kiến (c, hayc) Dựa trên phương pháp Rankine, năm 1915 Bell công bố lời gai có lực dính dự

phan thé hién bang một đoạn trên trục độ bền chồng cắt

Hình 2 - 3: Vòng tròn Mohr cho áp lực chủ động trong đất dính

Ta thay được vòng tron Mohr cùng với đường bao phá hoại cho dat quá có kết.Như trong trường hợp đất không dính, điểm xuất phát là tỉ số của các ứng suất có

hiệu:

PA | c cotg@ +Ø,, (2.9)PB c cotg0 +0, ,

Vi vay ta thu duoc két qua:

Ap luc dat chu dong:

-Lăng thé trượt ABC ở trạng thái cân bằng giới hạn déo còn nguyên một khối.-Mặt trượt BC sau lưng tường là mặt trot phẳng.

-Mặt trượt thứ hai chính là lưng tường AB.

-Khi có lực dính thì lực dính sẽ phân bố đều trên mặt trượt BC.2.2.2.1 Áp lực đất chủ động

a) Doi với dat rời:

Xem tường là đất cứng, đất sau lung tường là đất rời, đồng nhất, tường bị trượttheo mặt phăng BC và AB, lăng thể trượt ABC ở trạng thái cần băng giới hạn

C_ F

A B~ ⁄H

\ No / # : \ W / = Đ J /

=90~œ-\ li ` / © / / W\ / ` ` / N Ậ

Na\/ ¥, / re ` : +

` - 5 /\ [x ® RTM` 5 iw | Lá

a TA J, y+8—o 8-9

NGỒ 1G

Hình 2 - 4: Tính toán áp lực đất chủ động theo Coulomb

Khi khối đất ở trạng thái cân băng giới hạn, ta có:

E, — hợp lực của tường chan đất tác dụng lên khối đấtR — phan lực của khối đất bên ngoài tác dụng lên lăng thé trượt theo mặtphăng BC

y - góc ma sát trong của đấtở - góc nghiêng của lưng tường so với phương thang đứng

ö - góc ma sát giữ tường và đất@ - góc hợp bởi mặt trượt BC và phương ngang

_ Wsin(Ø-) (2.17

W- 1 H2 cos(œ — đ)cos(Ø— #) (2 182 cos” asin(@- )

Ap lực đất chủ động dat giá trị đỉnh khi mặt trượt là nguy hiểm nhất Ø= Ø

-C+-2|C? —4BD

2B

Voi cot g, =

Các hệ số B,C, D là:

B=cosasin đcos(ø— ø)—sin pcos @cos (đ — ) (2 19)

C =cos (z-Ø) COS (@+œ)—cos (z+)cos (ø—-ø) (2 20)

D=cosøsin øcos(ø — /)—sin œcos /đcos(@— Ø) (2.21)

a)Đôi với dat rời:

K, = tan 45 +f) (2 38)Giá trị áp lực đất bi động lớn hon rat nhiều so với áp lực đất chủ động vi giả thuyếtmặt trượt không phù hợp với thực tế và áp lực đất bị động rất khó đạt đến trạng tháiđỉnh Do đó áp lực dat bị động phải chia cho hệ số an toàn k = 1.4+2.

2.3 Lý thuyết tính toán áp lực đất lên tường chắn hồ đào sâuAp lực đất tác dụng lên hố đào có hệ chống không giống như áp lực đất tác dụng

lên tường chăn không có hệ chống Hơn nữa, sự phân bồ áp lực sẽ phụ thuộc nhiều

vào cách bố trí và trình tự các thanh chồng được đặt Do đó, phải tìm lời giải gần đúng

và lời giải kinh nghiệm.

2.3.1 Áp lực đất dài hạn

Áp lực đất dài hạn hay còn gọi là áp lực hông lên tường chắn ở điều kiện thoát

nước, khi toàn bộ áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tiêu tán hoàn toàn Xét tường có các

điều kiện đơn giản nhất: lưng tường nhẫn, thang đứng chắn giữ khối đất có bề mặtkhông chat tải, năm ngang Từ lý thuyết Rankine, áp lực dat tại độ sâu z, ta có:

On = K,ÿš (2 39)

Trong đó: 7 - trọng lượng don vị thể tích hữu hiệu của dat.

y =y trên mực nước ngầm.7 =Vn-Y, dưới mực nước ngầmTại chân tường, khi z = H thi o,, = K,zH

Tổng áp lực ngang của dat lên tường bằng diện tích của biéu đồ phân bố áp lực và

tác dụng qua trọng tâm của diện tích này:

P= SH = SK HỆ (2 40)

4a | Ran pa yyPa tac dụng lên lưng tường tai độ cao 3 H kê từ chân tường.

Trong trường hợp hồ đào sâu được 6n định băng hệ thanh chống, theo Terzaghi(1996), áp lực tác dụng lên tường sé tăng 30% so với tường không được chống đỡ Vàđộ lớn cường độ áp lực là xp xỉ nhau

2.3.2.Ap lực đất ngắn hạn

Trong đất sét bão hoà nước, áp lực đất ngăn hạn hay còn gọi là áp hông lên tườngchăn ở điều kiện không thoát Trường hợp này, áp lực nước lỗ rỗng thặng dư được giảthuyết là không được tiêu tán trong quá trình đào đất Việc phân tích áp lực đất phảidựa trên ứng suất tong Theo Terzaghi va Peck (1996), ta có biểu đồ phân bồ áp lựcđất lên lưng tường có hệ thanh chống như sau: