Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Phân tích chuyển vị tường vây tầng hầm được thi công theo phương pháp Top - Down bằng mô hình phần tử hữu hạn 3D

Phương pháp nghiên cứu > Tổng hợp các nghiên cứu trước đó.> Sử dụng kết quả quan trắc thực tế công trình đã thi công.> Thiết lập các thông số đầu vào và thành lập mô hình trong Plaxis.>

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAĐẠI HỌC QUOC GIA THÀNH PHO HO CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS LE TRỌNG NGHĨA

Cán bộ cham nhận xét 1: TS PHAM VĂN HUNG

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS ĐINH HOÀNG NAM

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại

HOI DONG CHAM BAO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 04 tháng 09 năm 2013Thành phân Hội Đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm có:

1 PGS.TS CHAU NGOC AN2 TS PHAM VAN HUNG3 TS DINH HOANG NAM4 TS LETRONG NGHĨA5 TS LEBA VINH

Xác nhận của Chủ tịch hội đồng đánh giá luận van và Khoa quan lý chuyên ngànhsau khi luận văn được sủa chữa (nêu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG KHOA QUAN LY

CHUYEN NGANH

PGS.TS CHAU NGOC AN TS NGUYEN MINH TAM

—— -—-

-—=oOO -Tp HCM, ngày thang nam 2013

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: NGUYÊN KHÁNH DƯ Phái: NamNgày, thang, năm sinh: 19-11-1987 Nơi sinh: TRÀ VINH

Chuyên nghành: Dia Kỹ thuật Xây dựngMSHV: 11864407

1- TÊN DE TÀI: PHAN TÍCH CHUYEN VỊ TƯỜNG VAY TANG HAM

ĐƯỢC THỊ CÔNG THEO PHƯƠNG PHÁP TOP-DOWNBẰNG MÔ HÌNH PHẢN TỬ HỮU HẠN 3D

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:Mo dau 2 0 2 z z

Chương 1: Tong quan về chuyên vi ngang của tường chăn ho đào sâu khi

thi công bằng phương pháp Top-DownChương 2: Cơ sở lý thuyết dé phân tích bai toán tường chắn hồ dao sâubằng phương pháp phân tử hữu hạn

Chương 3: Phân tích tường chan hố đào sâu cho công trình 4 tang ham thicông băng phương pháp Top-Down tại khu vực đất yếu Thành Phố Hỗ Chi

Minh

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 21/01/20134- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 21/06/20135- HO VÀ TÊN CÁN BO HUONG DAN: TS LE TRỌNG NGHĨANội dung va dé cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

CÁN BỘ HƯỚNG DAN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

TS LE TRỌNG NGHĨA PGS.TS VÕ PHÁN

KHOA QUAN LY CHUYEN NGHÀNH

Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Có sự hỗ trợ từ giáoviên hướng dẫn là TS LE TRỌNG NGHĨA Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong đề tàinày là trung thực, khách quan và chưa có ai công bố trong bất kỳ một công trình nghiên cứunào trước đây.

Nếu phát hiện có bat kỳ sự gian lận nao tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hộiđông, cũng như kêt quả luận văn của mình.

Tp HCM,ngày thang nam 2013

Học viên thực hiện

Nguyễn Khánh Dư

Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các Thay, Cô Khoa Xây Dung, bộmôn Địa Cơ Nền Móng, trường Đại Học Bách Khoa, TP Hồ Chí Minh.

Những người đã tận tình trang bị cho tôi vốn kiến thức vô cùng quý báu

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Thầy Lê Trọng Nghĩa và anh Nguyễn NgọcQuang Thuan, đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình hoàn thiện luận văn

Cảm ơn gia đình và những người bạn đã động viên, giúp đỡ, quan tâm tôi trong quatrình học tập và thực hiện nghiên cứu tại trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh

Tp HCM,ngay tháng năm 2013

Học viên thực hiện

Nguyễn Khánh Dư

Van dé chuyển vị của tường chắn hồ dao sâu công trình ngầm luôn là van dé lớn và cầnnhiều thời gian, công sức nghiên cứu Trong dé tài này, tác giả nghiên cứu chuyên vi của tườngvây D1000 (Diaphragm Wall), sâu 39m so với mặt đất hiện hữu cho công trình dài 92m, rộng65m và có 4 tầng ham, với độ sâu hố đảo lớn nhất là -15m (hố thang máy) thi công băngphương pháp Top-down, trong khu vực địa chất quận Bình Thạnh, thành phố Hồ Chí Minh.

Bang phương pháp phân tích ngược, dựa trên số liệu quan trac và đặc trưng của địachất ở khu vực hố dao, tác giả đã phân tích ngược bai toán bằng chương trình Plaxis 3DFoundation 1.6 với mô hình Mohr Coulomb và Hardening soil.

Thông số E„ sẽ được thay đổi dé tim mô hình đất và bộ thông số phù hợp, sao chochuyển vị của tường vây trong mô phỏng Plaxis và quan trắc thực tế tương ứng nhau Từ đó,các thông số của mô hình này sẽ được dùng phân tích cho các bai toán khác dé tìm ra giải pháptường chăn thích hợp cho khu vực

Displacement of diaphragm wall is always a complicated problem, that needs moretime and effort to research In this theme, author research the displacement of D1000diaphragm wall, depth 39m above the ground for the existing 92m long, 65m wide and 4basements, digging to a depth of -15m (elevator pit) constructed by Top-down methods,district Binh Thanh geology regional in Ho Chi Minh city.

The using back analysis method, based on monitoring data and geologicalcharacteristics of the pit area, author re-analyzed the math by PLAXIS 3D Foundation 1.6program with Mohr Coulomb model and Hardening soil model.

The E;er characteristics will be changed, based on the suitable of the diaphragm wall inthe simulation PLAXIS and actual observation, to find the model of soil and the appropriateparameters Since then, the parameters of this model will be used to analyze the other problemsto find a suitable diaphragm wall.

Muc luc

MỞ ĐẦU 0 2021 ses teste ete 2212121122111 u |1 Tính cấp thiết của đề tài - ST T111 1115111111111 1E T01 11x HH HH HH tu |2 Mục tiêu nghiên cứu của 7T 1

3 Phương pháp nghiên CỨU - - 0222011311111 1111 1111111111115 1111 11111 1E E net 2

4 Y nghĩa khoa học và kinh tế - xã hội của để tài 5 s3 S1E1251111111118181 111tr trên 2

5 Phạm vi nghiÊn CỨU - 222 222022221222 22222111111 111 1115111151215 11511115155 rey 2

6 Hạn chế của đề tài s2 ST TT nh nh HH he 27 Kết luận và kiến nghị - 2 v11 1111111115115 2111 EE E10 T11 H1 HH HH rên 3

Chương Ï 0220120211111 1111 111111111 nnt n5 1115k kk TT ket 4

TONG QUAN VE CHUYEN VỊ NGANG CUA TƯỜNG CHAN HO ĐÀO SÂU KHITHI CONG BANG PHƯƠNG PHAP TOP - DOWN Q 2002202221222 rà 4moi: 01 ad 41.2 Phân loại hỗ đào ¿2222 12221211211212122111121121111121211212111211111211212 21g 41.3 Phân loại tường chăn hồ đào sâu 1 TH E52 nh HH he 61.4 Các nhân tô ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây trong hồ đào sâu 61.5 Phân tích chuyên vị ngang của tường vây trong hô dao sâu băng phương pháp phan tử

hữu hạn ccc eccccecceccecuececuececuuceeceeeeueeeueeseceeeueeeeuteceaeeeececeeesereeeerneeeeeeteueeecneees 111.5.1 Giới hạn vùng mô hình 20000000 e ee been 121112111111 115 51812111212 18

1.5.2 Thông số của mô hình nên oo cecccceesccscsvseeeeseevsvsvscececeveeeevevevsvevsveveteees 19

1.5.3 Phương pháp phân tich 0 00000 ooo cc cette cee bebe 111211 1111 1158012111112 21Chương 2 oo 2002222222110 211111111111 1n 1 Ee EEE bb n1 51x feet n n1 xét 25

CƠ SỞ LÝ THUYET DE PHAN TÍCH BÀI TOÁN TƯỜNG CHAN HO ĐÀO SAUBANG PHƯƠNG PHÁP PHAN TƯ HỮU HAN c2 211221212581 rền 252.1 Co sở lý thuyết trong PLAXIS 1 2n 1E 111115112211 011E 111111221 ng HH Hư 25

2.2 Mô hình vật liệu cc eter een cine 1111211111111 11 2012111 K1 T15 11k k nh àu 25

2.3 Định nghĩa bién dạng thông thường - S1 t1 S251 121111151 515151115 21128 rreg 252.4 Phân tích ứng suất hữu hiệu không thoát nước với các tham số hữu hiệu 262.5 Tham số Skempton B 1 2115151 151155111 1111111151111 150101 5E HH HH HH Hư 282.6 Phân tích ứng xử không thoát nước với thông số ứng suất tong cece 302.7 Áp lực tiền cô kết ban dau trong mô hình nâng cao - 2S: S 3331551212125 E5 3l2.8 Ứng suất ban đâu - 2 1 1 21 2111011111111 1111111011 n2 H1 HH cung 32

2.9 Lua chọn mô hình - - - c1 1110112111111 1115111 511 KE ng TT En TT n nT TT TT 1111111111111 s4: 33

2.9.1 Mô hình Mohr Coulomb (MC) cece cece eect ete b ebb bn 20212122 rse 332.9.1.1 Ứng xử đàn dẻo thuần túy -.- S1 S1 21 2111111121111 t TH treo 34

2.9.1.2 Cac công thức sử dụng trong Mohr Coulomb c 222cc: 352.9.1.3 Góc giãn nở (U) 222221121111 1n 1111 xe 37

2.9.1.4 Module đàn h6i (E) -.- 5 21 1111111111155155 111112 T HH He Ha HH ryo 382.9.1.5 Hệ số Poisson (V) c ST nnn ng HH HH HH HH HH Ha 39

2.9.1.6 Lực dính (€) ccc 2202212011111 1152121 111115 211111111 k1 Tn ng xxx xxx hna 392.9.1.7 Góc ma sát trong ((0) - 2112111111112 1111 11111111111 111 5111k nhe 40

2.9.2 Mô hình hardening soil (HS) c7 c2 22222221121111 122122211 x1 xxx e 402.9.2.1 Quan hệ Hyperbol cho thí nghiệm ba trục thoát nước tiêu chuẩn 4]29.22 Biến dạng thê tích dẻo đôi với trạng thái ứng suất ba trục se 422.9.2.3 Các thông số cho mô hình Hardening Soil - 5 S cv E1 x2E 1x2 EvEtEsxrre2 432.10 Nhan t6 thot Qian 1 ằằằ ằẶẶ ‹‹‹‹-IÁ 44

2.11 Công nghệ thi công Top-Down 00200002 11111111 111111111 k1 TT TH TT KT Kk xu 442.12 Đặc trưng vật liệu cece eee sees eee be bette eted bets tite ieeiseseeeeeeeee erred 452.12.1 Đặc trưng vat liệu tường VAY occ 2222 22222222222 222121111 xe 45

2.12.2 Đặc trưng vật liệu đầm - 1S n1 111115111111 011151 171010101811 H ti 46

2.12.3 Đặc trưng vat liệu sàn Lc 2211 22122112222 2222111022112 47

2.12.4 Phân tử lò xo (SpriB) c1 1151121155111 111 51011 TH HH HH ng 48

Chương 3 0222112221111 11111 tt EEE Eee EE bbe 11 511511 án xét 49

PHAN TÍCH TƯỜNG CHAN HO ĐÀO SAU CHO CONG TRÌNH 4 TANG HAM THI

CONG BANG PHƯƠNG PHAP TOP - DOWN TẠI KHU VỰC DAT YEU THÀNH

PHO HO CHÍ MINH 52: 221 222212522221121212312121121121211212211 12110122 rre 493.1 Công trình thực té sử dụng trong nghiên CứỨu 2.1 3311212 2515115151811111E1 11tr my 493.1.1 Tổng quan về công trình - : S1 111255151 115111151 121151111181 tt ng 493.1.2 Địa chất (OOS 10 0 c2 2212212111111 11 111 2k1 ch nh n2 2e 51

3.1.3 Biện pháp thi công T1 2122111111111 101111111111 kx ng n1 xxx 53

3.2 M6 phỏng công trình băng phan mềm plaxis 3D Foundation - 2-22 sszssszsxs2 72

3.3 Mô phỏng bài toán trong PÏaxIs - - 22121112 111111111 11111111115 115 11511111 ey 77

KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ - - 2 2251221212211 11211211112111121111212221221 1e 92TÀI LIEU THAM KHẢO - 22 2 Tn E111 HH nhung 94

DANH SÁCH BANG BIEUBang 1.1 Thông sé đầu vào mô hình Hardening Soil, Helmut F Schweiger (2002) 12Bang 1.2 Thông sé đầu vào mô hình Morh Coulomb, Helmut F Schweiger (2002) 12

Bang 2.1 Đặc trưng vat liệu của tường C1 2111111111111 1111 111111111111 21111 s4 46

Bảng 2.2 Đặc trưng vật liệu của dầm S2 nh HH HH HH he 47

Bang 2.3 Đặc trưng vật liệu của sàn 00200011111 111 1111111111 1111k T11 11111111 k tàu 47

Bang 3.1 Tên và trạng thái các lớp đất St 1 1111111101111 12 8 tt HH ri 52Bang 3.2 Chi tiêu cơ ly của các lớp at cccccccccccesceeseseseesesvevevsesesescsvsveveeeevevevsees 53Bảng 3.3 Cac thông sô đất nền cho mô hình Mohr Coulomb ccccceccccceeceeeeseeeeeeees 74Bang 3.4 Các thông sô đất nền cho mô hình Hardening Soil -S 2 SE cxc2E2EEczrx2 75Bảng 3.5 Các thông sô của tường chắn - -S.S n1 E251 121111111 12115 8Et ng Hkrreg 75Bảng 3.6 Các thông sô của dầm mmũ - S1 SE 111111151 111151111111111 E110 8 tr Hư 76Bảng 3.7 Các thông sô của thanh chỗng - -.S t3 E251 111511151 515151515211 12E1E 88 tt krrreg 76Bảng 3.8 Các thông sô của sàn hâm 1 , 2, 3 - S11 1111111 121151111121112E1 8 tr Hi 77Bảng 3.9 Các thông sô của sàn hâm 4 2.2 S 1 1211111 11111111111 5111515110111 2t tk rryg 77Bảng 3.10 So sánh kết quả tính toán chuyên vị ngang lớn nhất từ hai mô hình Morh

coulomb va Hardening soil tại vi trí quan trac [P]2 C2222 2221111111112 11 11111111 tk2 82

Hình 1.1 Mỗi tương quan giữa chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây với chiều sâu củahỗ đào (Ou và các đồng sự, 1993) - 1 1 1111111110101 11t 222121 n HH tu Hiện 8Hình 1.2 Tương quan giữa chiều sâu ngàm tường và chuyên vị ngang của tường (Chang

4192021 e cen nese ee eb bleed Gate Geb cetit Gate ecblsdeaeeeseidsetseaseeeeseseaaees 9

Hình 1.3 Dạng chuyên vi của tường trong trường hợp độ cứng thanh chống đủ lớn (a) giai

đoạn đào chưa có thanh chống, (b) giai đoạn có thanh chống, (c) giai đoạn lap nhiều tầngthanh chong ,Chang Yu Ou (2006) - 2.1 1 1 121211511 115118111 11115118511 11H tri 10

Hình 1.4 Dạng chuyền vị của tường trong trường hợp độ cứng thanh chéng không đủ lớn

(a) giai đoạn đào chưa có thanh chông, (b) giai đoạn có thanh chông, (c) giai đoạn lâp

nhiêu tang thanh chong, Chang Yu Ou (2006) -L C0 0122111111111 11111111111 k2 11Hình 1.5 Chuyên vị ngang của tường khi phân tích với mô hình chuẩn Hardening SoilModel và mô hình Morh Coulomb MC_3, MC _4 so sánh với két quả quan trac, Helmut F.

Schweiger (2002) L TQ 0000011 eee ie nnn EEE EEE eee nà EEE EEE ono tet te 13

Hinh 1.6 Chuyên vị ngang của tường vây khi phân tích băng các mô hình khác nhau và kết

quả quan trac (a) đào đên độ sâu 0.8m đặt tang thanh chóng đâu tiên tại độ sâu 0.3m, (b)đào đên độ sâu 29,5m, lap 7 tang thanh chong va thi công đáy hâm, Lumir Mica và các

đồng sự (2010) c c S21 121111111 11101101 5171115 n TT HH HH HH2 HH HH HH Hư 15Hình 1.7 Kết quả thí nghiệm nén ngang cho đất sét mềm Bangkok -:sccsssc: 17Hình 1.8 Kết quả thí nghiệm nén ngang cho đất sét cứng Bangkok oo 18Hình 1.9 Giới hạn vùng mô hình khi phân tích hỗ dao sâu bằng Plaxis, K.J Bakker

5 Ea 19

Hình 1.10 Chuyén vi ngang của tường vây trong các trường hợp phạm vi mô hình nền

khác nhau, W, D chiều rộng và chiều sâu vùng hình, Helmut F Schweiger (2002) 23

Hình 2.1 Mô hình dẻo lý tưởng 22c 00010000 111111111 1111 11111111111 111111111111 111k kkhàu 25Hình 2.2 Minh hoa ứng suất tiền cô kết dọc trong môi quan hệ với ứng suất hiện tại (a) Sử

dụng OCR, (b) Sử dụng POP Q0 QQ 2222212 1111111111111 1 1n 11112 n5 5n eg 32

Hình 2.3 Trạng thái quá có kết đạt được từ việc chat tải trước và sau đó đỡ tải 33Hình 2.4 Quan hệ ứng suất biến dang trong mô hình đàn dẻo - -22 2S 32E22E2EE2Exx2 34Hình 2.5 Mặt giới hạn Mohr Coulomb trong không gian ứng suất chính (c=0) 36Hình 2.6 Điều kiện làm việc của vật liệu -.- 2022222122111 221212 Eerrre 38Hình 2.7 Ứng suất cắt điều kiện làm việc của vật liệu 2 SE nhe 38Hình2.8 Xác định Ey va Eso từ kết quả thí nghiệm nén ba trục thoát nước 39Hình 2.9 Xác định E,„„„ từ thí nghiệm nén cố kết 2-22 222 92121521212212122222E2xee 39Hình 2.10 Quan hệ ứng suất biên dạng Hyperbol cho mẫu chịu nén ban đầu 42Hình 2.11 Hệ trục địa phương của phan tử tường - 5:1 s3 S11 S1111111218111 1151 1Er my: 46

Hinh 2.12 Hé truc dia phuong cua phan tử đầm - 1T 2n TH HH He 47Hình 2.13 Hệ trục địa phương của phân TỬ SẲN Q TT TT TT TH TT TT nh nen 48Hình 3.1 Công trình SSG TOWER - L0 0000000000111 112 1120222111111 k1 TT TH TT 111k key 50Hình 3.2 Mặt bang tông thể SSG TOWER 2 1S n1 HH HH HH HH Hung 51Hình 3.3 Vị trí hỗ khoan địa chất của dự án SSG TOWER 5.222 2 2c 51Hình 3.4 Biểu đỗ độ âm (W), giới hạn dẻo wp, giới hạn chảy w¡, va SPT (N) 52Hình 3.5 Thi công tường vây, cột chống và cọc khoan nhồi - 2 2 St E22 sec 54Hình 3.6 Dao đất đến độ sâu -2.3m 0 2222 222112122122111211212212111222 2 ee 55Hình 3.7 Thi công sàn hâm 1 ở độ sâu -1.75m 22 222E11121112111 211111 1E reg 55Hình 3.8 Dao đất đến độ sâu -5.3m - ces 22 222121221221 1211211212111222 re 56Hình 3.9 Thi công sàn hâm 2 ở độ sâu -4.75m 2 21 2E111221112111211111 t1 reg 56Hình 3.10 Các bước thi công hồ đào - ST E1 1151151 1111511111112 E8 HH Hư 57Hình 3.11 Mặt bang thi công tường vây - - S n1 SE 1t 1E HH HH HH HH re 58Hình 3.12 Vi trí điểm đặt thiết bi quan trắc chuyển vị ngang của tường vây 58Hình 3.13 Biéu dé chuyén vị của Inclinometer Ì 222 2112221122111 1111 1x1 sẻ: 59Hình 3.14 Biểu đồ chuyên vị của Inclinometer 2 - 2 212111 2151211121 121tr tre 60Hình 3.15 Biéu đồ chuyên vị của Inclinometer 3 - c2 2202201112111 2 1111 11x xe: 61Hinh3.16 Biểu đồ chuyên vị của Inclinometer 4 c2 0220000111211 2 111111 seg 62Hình 3.17 Biểu đồ chuyền vị của Inclinometer 5 - - 2 211 E111 E2EE121E121 E11 tre 63Hình3.18 Biểu đồ chuyên vị của Inclinometer 6 2c 2000011121111 1 1111 xnxx sàg 64Hinh3.19 Biểu đồ chuyên vị của Inclinometer 7 - c2 2100111211111 1 111111 xx cá 65Hinh 3.20 Biểu đồ chuyén vi của Inclinometer Ñ - 2 1112001122111 11 xxx se 66Hình 3.21 Biểu đồ chuyền vị của Inclinometer 9 2-2211 2E11 12111211151 11t tre 67Hình 3.22 Biểu đồ chuyền vị của Inclinometer 10 - 2+ s SE 12x12 E125 er tre 68Hình 3.23 Biểu đồ chuyển vị của Inclinometer l - 2+ 2s E1 SE2EEE2EEEEE 2E rreye 69Hình 3.24 Biểu đồ chuyên vị của Inclinometer 12 22-2 121 E 1512111211 teen 70Hình 3.25 Biểu đồ chuyên vị của Inclinometer 13 2+2 E51 E111 211121 E1 rưyn 71Hình 3.26 Biéu dé chuyén vị của Inclinometer Ï4 -.c c2 1122211221112 1 1 xnxx se 72Hình 3.27 Mô hình tinh bằng PlaXis - SE E11 1111151 51115111111111 E8 Hưyn 78Hình 3.28 Mesh 2D mặt băng mô hình - 2 s21 21 13 E151 11111151 515151515 511251 8kg 78Hình 3.29 Kết cấu mesh 3D trong mô hình - 2-2 SE 113139151 55151111155151515E1E E11 trteg 79Hình 3.30 Mesh 3D mô hình đất trong mô hình - 2.1 3 311212 25151151218151 5151115 yye 79Hình 3.31 M6 hình thi công tường vây (sâu 39m so với MĐTN) c2 S0Hình 3.32 Mô hình đào đất lớp 1 (cao độ -2.3m so với MĐTN) SS ng 80Hình 3.33 Thi công sàn ham 1 (cao độ -1.75m so với MĐTN) - cư 81

Hình 3.34Hình 3.35Hình 3.36Hình 3.37Hình 3.38Hình 3.39Hình 3.40Hình 3.41Hình 3.42Hình 3.43Hình 3.44

Mô hình dao đất lớp 2 (cao độ -5.3m so với MĐTN) Sen 81Thi công san ham 2 (cao độ -4.75m so với MDTN) 0 0.cccccccccececeeeeeeeeeeeeeeee 81Kết quả chuyén vị ngang của tường voi @ = 200 và @ = 250.00 84

Kết qua chuyén vị ngang của tường voi @ = 300 và @ = 350 85

Kết quả chuyén vị ngang của tường với @ = 400 và @ = 45( 85

Biểu đồ chuyền vị ngang của tường với mô hình Morh coulomb SỐKết quả chuyên vị ngang của tường với = 200 và @ = 25W 87

Kết quả chuyén vị ngang của tường voi @ = 300 và @ = 350 89

Kết quả chuyén vị ngang của tường voi @ = 400 và @ = 45( 90

Biểu đồ chuyền vị ngang của tường với mô hình Hardening soil 9]Biểu đồ chuyên vị ngang của tường với @ = 350 1 nh nh re 92

1 Tính cấp thiết của đề tàiNgày nay, các công trình nhà cao tầng mọc lên ngày càng nhiều Dẫn đếnviệc các công trình này phải có một diện tích công trình ngầm đủ lớn để chứa cácthiết bị phụ trợ như hệ thống điện, hệ thống nước và bãi đậu xe ngầm và hệ thốnggiao thông ngâm Điều này đã trở thành xu thế chính trong quá trình hiện đại hóacác thành phố lớn Các công trình hố dao sâu có ảnh hưởng lớn đến chuyên vi đấtnên, chủ yếu là các công trình xây chen trong những khu dân cư hiện hữu Việc thicông các hồ đảo sâu rat phức tạp, là sự tong hợp của nhiều yếu tố, yếu tố quan trọngnhất là biện pháp thi công Các biện pháp thi công tường ham phô biến nhất hiệnnay là thi công hở với chống thành vách bằng cừ thép, tường bêtông cốt thép, CDM,cọc khoan nhỏi đường kính nhỏ kết hợp hệ chống đỡ hay thi công kín với côngnghệ thi công Top-Down Tuy nhiên trong khu vực đất yếu và yêu cầu nhanh vềtiến độ thi biện pháp thi công kín với công nghệ Top-Down là hiệu qua hon cả.

Hiện nay, có không ít công trình hố dao sâu gặp sự cố trong quá trình thicông và gây ra hậu quả hết sức nghiêm trọng cho các công trình lân cận do ảnhhưởng chủ yếu là chuyển vị của đất nền xung quanh Do đó, cách thức tính toán vàthiết kế tầng hầm thi công theo phương pháp đào kín trong khu vực đất yếu là mộtvan dé cần nghiên cứu Mặc khác, việc tính toán và thiết kế tang ham thi rất nhiềuvan dé, tuy nhiên việc phân tích chuyển vị tường vây tầng hầm theo các giai đoạnthi công là van dé quan trọng nhất Dựa trên những lý do trên, luận văn này tậptrung vào “Phân tích chuyển vị ngang của tường chan hồ đào sâu bằng phươngpháp phan tử hữu hạn, cho công trình tang hầm thi công bằng phương phápTop-Down tại khu vực đất yếu Thành Phố Hồ Chí Minh”

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong các giai đoạn thi công tườngvây tang ham, được thi công bằng phương pháp Top-Down tại khu vực đất yếu TP

ngày càng an toàn.

3 Phương pháp nghiên cứu

> Tổng hợp các nghiên cứu trước đó.> Sử dụng kết quả quan trắc thực tế công trình đã thi công.> Thiết lập các thông số đầu vào và thành lập mô hình trong Plaxis.> Sử dụng phần mém Plaxis từ phương pháp Phan tử hữu han với hai mô hìnhMohr Coulomb và Hardening Soil để tính toán, kết hợp so sánh với số liệu quantrac thực tế dé dự báo được chính xác chuyên vi cua từng bước thi công, giup tránhrủi ro trong quá trình thi công dao đất trong hồ đảo sâu

4 Y nghĩa khoa học và kinh tế - xã hội của đề tài

Đề tài này có ý nghĩa dự báo chuyển vị ngang của tường vây, qua từng giaiđoạn thi công hồ dao của công trình trên nén đất yếu tại Thành Phố Hồ Chí Minh,thông qua việc so sánh kết quả dự báo từ mô hình Mohr Coulomb và HardeningSoil với các dit liệu quan trac được, dé xác định khi phân tích bang phân tử hữu hạntuyến tính đơn giản hay phân tích phi tuyến phức tạp để xem phương pháp nào đemlại hiệu quả hơn cho việc dự báo.

5 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu chỉ giới hạn trong việc phân tích chuyên vị ngang cuatường chắn hố đảo sâu Và đối tượng nghiên cứu từ công trình SSG TOWER tạiQuận Bình Thạnh, Thành Phố Hồ Chí Minh, Việt Nam

6 Hạn chế của đề tài

Công trình thực tế được đưa vào phân tích trong dé tai này là công trình trênkhu vực đất yếu TP Hồ Chí Minh, nên kết quả nghiên cứu của đề tài có tính chất rấtđịa phương chỉ phù hợp cho các công trình trên nên đất yếu của TP Hỗ Chí Minh

bằng phương pháp Top-Down Đưa ra những điểm mới mà công trình nghiên cứuthực hiện được Sau đó kiến nghị một quy trình mô phỏng các bước thi công hồ đảosâu cho hợp lý.

8 Cau trúc luận văn

Chương 1 Tổng quanTổng quan về chuyển vị ngang của tường chắn hố đào sâu khi thi côngbằng phương pháp Top-Down

Các công trình nghiên cứu về quan hệ biến dạng và thông số biến dạng

Chương 2 Co sở lý thuyết dé phân tích bài toán tường chăn hồ đào sâu bằngphương pháp phân tử hữu hạn

Mô hình tính toán và bộ thông số đầu vào cho chương trình Plaxis 3DFoundation.

Giới thiệu về các mô hinh tính toán bằng phương pháp phân tử hữu han, vàcác giá trị cần thiết cho thiết kế của mỗi mô hình chọn Phạm vi ứng dụng của mỗimô hình.

Ở đây ta sử dụng phần mềm “PLAXIS 3D FOUNDATION?” để phân tích lạitheo mô hình Mohr Coulomb va Hardening Soil.

Chương 3 Phân tích tường chăn hố đào sâu cho công trình 4 tầng ham thicông bằng phương pháp Top-Down tại khu vực dat yếu Thành Phố Hồ Chí Minh

Giới thiệu về điều kiện địa chất và số liệu quan trắc của dự án SSG TOWERtại Quận Bình Thanh, Thanh Phó Hồ Chí Minh, Việt Nam

Dùng kết quả từ phần mềm “PLAXIS 3D FOUNDATION” so sánh với sốliệu quan trắc thực tế dé dự báo được chính xác chuyển vị của từng bước thi công

1.1 Tổng quanCó lẽ không có loại công trình nào ma các yếu tố kết câu xây dựng và dia kỹthuật lại liên quan nhiều đến ứng xử của kết cấu dat như hệ tường vây được thi côngtrong lớp sét yếu Người kỹ sư thiết kế phải phân tích và thiết kế hệ thống tườngchan đủ cung dé chống lại sự phá hoại kết câu sự trượt, chuyển vi và sự phá hoại6n định.

Kết câu hố đào sâu thường được thi công trong vùng dân cư Chuyên vị đấtnên phải thập hơn giới han cho phép dé tránh ảnh hưởng tới những kết cấu lân cận.Chuyển vị của tường là yếu tố khó tiên đoán trước Nó phụ thuộc vào nhiều yếu tốnhư thuộc tính địa chất, độ cứng của tường và hệ thanh chống, trình tự thi công vàtrình độ tay nghề công nhân

Đào hố móng cho các công trình tầng ham trong điều kiện đất yếu, mực nướcngầm cao và các điều kiện hiện trường phức tạp khác rat dé sinh ra mắt 6n định hồmóng, thân cọc bị chuyển dịch vị trí, đáy hồ trôi lên, kết cấu chắn giữ bị hư hạinghiêm trọng làm hư hại hỗ móng, ảnh hưởng nghiêm trọng đến các công trìnhxây dựng, các công trình ngầm và đường ống xung quanh

Công trình hô đào sâu bao gôm nhiêu khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau nhưchan dat, chong git, ngăn nước, hạ mực nước ngâm, dao dat trong đó, một khâunào đó gặp sự cô có thê sé dân đên cả công trình bi đô vỡ.

1.2 Phân loại hỗ đàoViệc phân loại hố dao nông va sâu chi mang tính tương đối Tezhaghi vàPeck (1969) cho rằng hố dao có độ sâu lớn hơn 6m thì được gọi là hố dao sâu Tuynhiên trong một vài trường hợp đặc biệt, khi độ sâu hố đào bé hơn 6m nhưng dođược thi công trong điều kiện địa chất công trình và điều kiện thủy văn phức tạp thìcũng được phân tích như ứng xử của hô đào sâu.

4 Đào không có chăn giữ: được sử dụng cho các nhu câu hạ mực nước ngâm,

dao dat, gia cô nên và giữ mai doc.

+ Dao có chan giữ: được sử dụng cho các kết câu quay giữ, hệ thông chăn giữ,

gia cô nên, quan trac

Khi phân loại hồ đào theo đặc điểm chịu lực của kết cấu người ta chia hồđào thành hai nhóm sau:

+ Kết cau chắn giữ áp lực chủ động: có vai trò chịu tác dụng của phan áp lựcchủ động tác động lên kết câu thành hố đào, bao gồm các kết câu phun neo dé chắngiữ, tường băng đinh dat dé chan giữ

+ Kết cấu chăn giữ áp lực bị động: có vai trò chịu tác dụng của phan áp lực bịđộng tác động lên kết cau thành hé đào, bao gồm các kết cấu như cọc, bản, ống,tường và chống, hoặc sử dụng ngay ban thân kết câu sản tầng ham tự chống đỡ(topdown).

Khi phân biệt hồ dao theo chic năng kết cấu, có thé phân chia kết câu changit thành hai bộ phận sau đây:

+ Bộ phận chăn đất, bao gôm:- Hệ tường thép, thâm nước có cọc thép chữ H, I có bản cài, hệ tường cọc nhỏiliền kể nhưng không thật sự sát nhau, hệ cừ Larsen, cọc hai hành chăn đất, chăn giữbằng đinh đất

- Hé tường bê tông cốt thép, ngăn nước có tường liên tục trong dat, cọc, tườngtrộn xi măng dưới tang đất sâu, giữa cọc đặt dày và bồ trí thêm cột xi măng cao áp,tường vòm cuốn khép kín

+ Bộ phận chắn đất kiểu kéo giữ gồm kiểu tự đứng, thanh neo vào tang dat,ống thép, thép hình chống đỡ, chống chéo, hệ dầm vòng chống đỡ

+ Tường chắn băng xi măng đất trộn ở tầng sâu: dùng để đào loại hỗ móngcó độ sâu 3m đến 6m.

+ Coc bản thép: dùng cho loại hé móng có độ sâu từ 3m - 10m.4 Tường coc bản bê tông cốt thép: dùng cho loại hố móng có độ sâu 3m - 6m.+ Tường chắn bang cọc khoan nhỏi: đường kính 600mm - 1000mm, coc dai(15m - 30m), làm thành tường chắn theo kiểu hang cọc, trên đỉnh đỗ dầm bê tôngcốt thép, dùng cho loại hé móng có độ sâu (óm-13m)

+ Tường vây bê tông thép: sau khi đào thành hé móng thì đỗ bê tông, làmthành tường chắn đất băng bê tông cốt thép có cường độ tương đối cao, dùng cho hồmóng có độ sâu từ 10m trở lên hoặc trong điều kiện thi công tương đối khó khăn

+ Giéng chìm và giếng chìm hơi ép: dùng trong đất yếu có mực nước ngầm caodòng chảy mạnh, độ sâu hé dao có thé từ 25m đến 30m

1.4 Các nhân té ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây trong hồ đào

sau

Các nhân tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây trong hồ dao sâuđược chia ra làm ba nhóm chính (Kung 2009):

- Nhóm các nhân tổ cố hữu:4 Nhân tố địa chất: tính chất cơ lý của đất nền quyết định khả năng chịu lực vàbiến dang của đất nên, lịch sử chịu lực của đất nên, mực nước ngầm có

4 Nhân tố các công trình xung quanh, công trình hố đào sâu như các nhà caotầng xung quanh, các công trình giao thông và mật độ giao thông xung quanh côngtrình

- Nhóm các nhân tố liên quan đến van dé thiết kế:+ D6 cứng của hệ thống chống đỡ bao gồm độ cứng của tường vây, độ cứngcủa hệ thông thanh chống, chiêu dai của tường vây

+ Hinh dạng của hồ đào: chiều rộng, chiều sâu, đạng hình học của hồ dao

- Nhóm các nhân tổ liên quan đến vấn dé thi công:

* Các phương pháp thi công khác nhau như: Top-down, Semi Top-down,

Bottom-Up.4 Việc đào qua sâu dé thi công hệ thống thanh chống cũng ảnh hưởng đếnchuyển vị ngang của tường vây

4 Các giai đoạn thi công trước đó như ảnh hưởng của việc đào hố móng thicông tường vây cũng ảnh hưởng đến chuyền vị tường

+ Thời gian của các giai đoạn thi công: thời gian thi công ảnh hưởng khá lớn

đến chuyển vị ngang của tường vây trong hỗ đào sâu đặc biệt trong nên đất sét viliên quan đến van dé cô kết và từ biến

4 Tay nghề của đội công nhân thi công công trình Điều này cũng được Peck(1969) bàn đến

Chang-Yu Ou (2005, pp.182-183) cũng đã nêu lên những nhân tố ảnhhưởng đến chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu bao gồm: sự mát cânbằng lực, độ cứng của tường vây, hệ thông hỗ trợ và hệ số an toàn Trong đó sựmắt cân băng lực bao gồm những nhân tố như: chiều sâu của hồ đảo, chiều rộng củahồ dao và lực nén trước trong các thanh chéng Những nhân tố được Ou bản đếnở đây là những nhân tố liên quan đến van dé thiết kế theo như phân loại của Kung(2009).

Hệ số an toàn đã được Clough và O°Rourke (1990) bàn đến trong nghiêncứu, ảnh hưởng của nó đến chuyển vị ngang của tường vây trong hồ dao sâu, và đưara kết luận rang trong một hồ đào sâu điển hình thì chuyển vị ngang của tường tỷ lệthuận với chiều rộng của hé dao sâu Điều nay được giải thích là khi chiều rộng củahồ dao cảng lớn thì sự mat cân băng lực cảng chênh lệch do đó chuyển vị ngang của

Trong mối liên hệ giữa chiều sâu hồ đào với chuyển vị ngang của tường vâytrong hồ dao sâu đã được Ou và các đồng sự (1993) nghiên cứu thông qua phân tíchcác công trình hố đào sâu trong khu vực Dai Bac Theo kết quả của nghiên cứu nàythì chuyển vị ngang lớn nhất trong các tường vây hố đào sâu khoảng từ 0.2-0.5%chiều sâu hô đào.

Hình 1.1 Mối tương quan giữa chuyền vị ngang lớn nhất của tường vây với

chiều sâu của hồ đảo (Ou và các đồng sự, 1993)Chang Yu Ou (2006, pp184-185) đã dé cập đến mối liên hệ giữa chiều sâucam tường vây Hp đến chuyển vị ngang của tường vây Tac giả đã tiến hành phântích chuyển vị ngang của tường vây trong một hồ đào sâu 20m bằng phương phápphan tử hữu hạn Khi sức kháng thông thường của đất nên là s, /ø¿ = 0.36, chiềusâu ngàm chân tường H;=20m va 15m thì chuyển vị ngang của tường tương tựnhau Khi giảm chiều sâu Hp=10m thi chuyén vị ngang của tường có thay đổi một itnhưng tường vẫn đảm bảo ổn định Khi Hp= 4m thì tường bị hiện tượng đá chân

tường bi phá hoại khi H,=10m lúc đó chuyển vị ngang của tường tăng lên nhanhchóng Do đó khi tường đã ở trang thái ồn định thì chiều sâu ngam của chân tườngảnh hướng không đáng kể đến chuyển vị ngang của tường.

Lateral wall deformatiom (cm) Lateral wall deformatiom (cm)

Hạ =20m ñ /,=l0m

Hình 1.2 Tương quan giữa chiều sâu ngam tường và chuyển vị ngang của

tường (Chang Yu Ou 2006)Về cơ bản thì khi tăng độ cứng của tường thi sẽ giảm chuyển vị ngang củatường, tuy nhiên mối liên hệ không phải là tuyến tính và chỉ gia tăng trong mộtkhoảng nhất định do đó việc gia tăng độ cứng cho tường để giảm chuyển vị ngangcủa tường là không thật khả quan (Hsieh, 1999) Khi chưa lap các thanh chống thi

tường sẽ chuyển vị như một dầm hang (cantilever type), khi đã lap thanh chống, độcứng của thanh chóng đủ lớn thi tường sẽ chuyển vị dạng xoay quanh điểm tiếpgiáp giữa tường và thanh chống và chuyển vị ngang lớn nhất của tường sẽ gần đáyhồ dao Nếu lớp đất tại vị trí đáy hố đào là đất yếu thì chuyển vị ngang lớn nhất củatường sẽ nằm dưới đáy hố đào ngược lại khi lớp đất ngay tại đáy hố đào là lớp dattốt thi thì chuyên vị ngang lớn nhất của tường sẽ năm trên đáy hồ đào Khi độ cứngcủa hệ thống thanh chống không đủ lớn thì chuyên vị ngang của tường có dạng damhang (cantilever type) và trong trường hop này thì chuyển vị lớn nhất của tường làngay tại vi trí đỉnh tường (Chang Yu Ou, 2006, pp 185-186)

47 NN

Lé— Retainingwall

(a) (b) (c)

Hình 1.4 Dạng chuyển vị của tường trong trường hợp độ cứng thanh chốngkhông đủ lớn (a) giai đoạn dao chưa có thanh chống, (b) giai đoạn có thanh chống,

(c) giai đoạn lap nhiều tầng thanh chống, Chang Yu Ou (2006)1.5 Phan tích chuyến vị ngang của tường vây trong hồ đào sâu bằng phương

pháp phan tử hữu hạn

Phương pháp phân tử hữu hạn ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong việcgiải quyết những bài toán của kỹ thuật nói chung và địa kỹ thuật nói riêng Ưu điểmcủa phương pháp phân tử hữu hạn là khả năng ứng dụng vào các phần mềm máytính giúp giải phóng người kỹ sư khoi những tính toán toán học phức tap cũng nhưkhả năng mô phỏng gan như mọi yếu tố tác động đến kết quả bài toán Tuy nhiênviệc hiểu biết và sử dụng đúng đắn phương pháp phan tử hữu hạn dé phân tíchchuyển vị ngang của tường vây trong hồ đào sâu là một điều không phải đơn giản.Trong phan này, một số nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước về van déphân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu băng phương pháp phantử hữu hạn.

Helmut F Schweiger (2002) đã phân tích ảnh hưởng của việc lựa chọn môhình nên đến kết quả phân tích bai toán hố đào sâu băng sự hỗ trợ của phần mémPlaxis 2D Nghiên cứu được thực hiện trên một hố đào sâu 16.8m được giữ ôn địnhbằng tường vây sâu 32m kết hợp với neo trong đất trên nền cát Helmut F

Schweiger sử dụng mô hình Hardening Soil Model làm mô hình chuẩn (referencesolution) dé so sánh với kết quả khi phân tích bang mô hình Morh Coulomb với haitrường hop MC 3: E rep MC 4: £7 Helmut F Schweiger nhận xét tuy dạng củacác đường cong chuyển vị ngang là tương tự nhau nhưng giá trị chuyển vị ngangrat khác biệt Đồng thời khi so sánh với kết quả quan trắc, mô hình Hardening Soilcho chuyển vị ngang hợp lý hơn Điều này chứng tỏ mô hình Morh Coulomb quáđơn giản dé có đủ khả năng giải quyét các vân đê phức tạp của hô đào sâu.

Bảng 1.1 Thông số đầu vào mô hình Hardening Soil, Helmut F Schweiger (2002)

Chiều sâu phân bo các lớp đất | Lớp 1: 0-20m | Lớp 2: 20-40m | Lớp 3: >40m

E7 (KPa) 45000 75000 105000

E'l (KPa) 180000 300000 315000

BE’, (KPa) 45000 75000 105000@ 35 38 38w 5 8 8

c (KPa) 1 1 1

Vz, 0.2 0.2 0.2

Pret 100 100 100

m 0.55 0.55 0.55Ry 0.9 0.9 0.9

Rinter 0.8 0.8

-Bang 1.2 Thông số đầu vào mô hình Morh Coulomb, Helmut F Schweiger (2002)

Chiều sâu phân bo các lớp dat | Lớp 1: 0-20m | Lớp 2: 20-40m | Lớp 3: >40m

Horizontal displacement (mm)Horizontal displacement (mm)

-60 -55 -50 -45 40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0

(tu) a9JIns Moyaq yIdaq

==

+

—E- MC_4 (E-unloading)

010 -5-15550 45 -40 435 -M -25 -20-60 -55 -50 -45 40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0

Hình 1.5 Chuyển vị ngang của tường khi phân tích với mô hình chuẩn HardeningSoil Model va mô hình Morh Coulomb MC 3, MC 4 so sánh với k~ig

t qua quan trac,ê

Helmut F Schweiger (2002)

Lumir Mica và các đồng sự (2010) cũng đã thực hiện nghiên cứu về ảnhhưởng của các mô hình nên đến kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường vâytrong hồ đào sâu băng phương pháp phan tử hữu hạn Lumir Mica và các đồng sựđã tiến hành phân tích một hố đào sâu 30m chống đỡ bằng tường vây bê tông dày0.8m kết hợp với 7 tầng thanh chống, đất nền chủ yếu là đất sét (Brno, CzechRepublic) Năm mô hình nên đã được sử dụng: Standard Morh Coulomb model(MC), Hardening soil model (HS), Hardening soil small strain model (HSS),Hypoplastic basic model (HC) va Hypoplastics model for clays with intergranularstrain (HCis) dé mô phỏng ứng xử của lớp đất sét (ảnh hưởng lớn đến kết quả phântích), các lớp đất còn lại được mô phỏng bằng mô hình Morh Coulomb (ít ảnhhưởng đến kết quả phân tích) Với sự hỗ trợ của phần mềm Plaxis 2D V9, kết quảphân tích chuyển vị ngang của tường vây trong các giai đoạn thi công với các môhình nền khác nhau được so sánh với nhau và so sánh với kết quả quan trac băngthiết bị đo nghiêng của tường Inclinometer INK 20 Kết quả phân tích chuyển vingang của tường ở những giai đoạn đâu khi tiến hành đào chưa sâu luôn lớn hơnnhiều kết quả quan trac Điều này là do kết quả phân tích bị ảnh hưởng bởi nhữnglớp đất bên trên được mô phỏng bằng mô hình MC, các thông số của mô hình nàyđược lấy từ kết quả khảo sát địa chất và chưa qua hiệu chỉnh nên giá trị rất nhỏ làmkết quả phân tích chuyển vị lớn Nhưng khi tiến hành đào sâu xuống dưới thì ảnhhưởng của những lớp đất này ít đi và kết quả phân tích và quan trắc tương đối khớpvới nhau Kết quả phân tích từ hai mô hình HSS và HCis là tốt nhất gan sát với kếtquả quan trắc trong khi kết quả phân tích từ hai mô hình HS và HC (không thé hiệnđược ứng xử biến dạng nhỏ) cho kết quả lớn hơn Điều này chứng tỏ việc bỏ quaứng xử biến dang nhỏ của đất nên làm sai lệch kết quả phân tích Tuy nhiên sự sailệch từ việc phân tích băng hai mô hình HS và HC là có thé chấp nhận được do đóviệc ứng dụng hai mô hình này trong việc phân tích chuyên vị ngang của tường vâytrong hồ dao sâu là có thé chap nhận Mô hình cho kết quả phân tích kém nhất là môhình MC, muốn nâng cao khả năng phân tích của mô hình này thì Lumir Mica và

các đông sự đê nghị nên hiệu chỉnh thông sô đâu vào của mô hình từ các kêt quảkhảo sát địa chất.

20 : i {J 20

, *ị

fo

re ©80) Ì—=== F< tl 30

day ham, Lumir Mica và các đồng sự (2010)Aswin Lim và các đồng sự (2010) tiễn hành phân tích ứng xử của một hốdao sâu 19.8m tường vây dai 35m thi công bằng phương pháp Top-Down kết hợpvới hệ thanh chống Sử dụng phần mém Plaxis với năm mô hình nên khác nhau:Modified Cam Clay Model, Hardening Soil Model, Hardening Soil with SmallTrain Model, Morh Coulomb với ø=0 và mô hình sét yếu không thoát nước (theundrained soft clay model) (Hsieh et al 2010) So sánh Kết quả phân tích trên các

mô hình nên khác nhau với két qua quan trac, Aswin Lim va các đông su đã di dénnhững kết luận sau:

+ Khi sử dụng mô hình Modified Cam Clay dé phân tích chuyển vị ngang củatường vây trong hồ đào sâu với các thông số có được từ kết quả thí nghiệm, chuyểnvị ngang phân tích được luôn nhỏ hơn kết qua quan trắc Nếu hiệu chỉnh tỷ số k/Ađể cho trong giai đoạn cuối cùng kết quả phân tích khớp với kết quả quan trắc thìnhững giai đoạn trước đó kết quả phân tích lại lớn hơn kết quả quan trắc

+ Khi sử dụng mô hình Hardening Soil, Hardening Soil with Small Train thì

trong giai đoạn cuối cùng chuyển vị ngang của tường phân tích khá khớp với kếtquả quan trắc, tuy nhiên trong các giai đoạn trước đó thì kết quả phân tích lại lớnhơn kết quả quan trắc

+ Với mô hình Morh Coulomb ø=0, ty số 1/S„ được điều chỉnh sao chotrong giai đoạn cuối kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường và kết quả quantrắc khớp nhau thì những giai đoạn đầu dạng đường chuyền vị phân tích được rấtkhác với kết quả quan trắc Điều này chứng tỏ mô hình này không có khả năng phântích chính xác chuyển vị ngang của tường vây trong hồ đảo sâu

+4 Với mô hình sét yếu không thoát nước kết qua phân tích chuyển vị ngang củatường khá tốt so với kết quả quan trắc

Ngô Đức Trung, Võ Phan (2011) phân tích anh hưởng của các mô hình nềnđến kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường vây công trình Trạm bơm lưu vựcNhiêu Lộc Thị Nghè, Thành phố Hồ Chí Minh Phân tích được thực hiện với sự hỗtrợ của phần mềm Plaxis 2D trên hai mô hình nên là Morh Coulomb va HardeningSoil So sánh với kết quả quan trắc, tác giả nhận xét mô hình Morh Coulomb chokết qua phân tích chuyên vị ngang của tường lớn hơn so với mô hình HardeningSoil Việc sử dụng phương pháp phân tử hữu hạn với mô hình Hardening Soil chokết quả phù hợp với thực tế hơn khi sử dụng mô hình Morh Coulomb

Phein-wej và cộng sự (1996) phân tích từ dữ liệu chuyển vị thực tế của mộtsố dự án hỗ dao sâu ở Bangkok cho cả hai loại tường cọc bản thép và tường vây

bêtông cốt thép Thì cho kết quả, tường cọc bản thép có khoảng chuyền vị lớn nhấtnằm khoảng 1~2% độ sâu của hố đào Tường vây bêtông cốt thép chuyển vị lớnnhất không vượt quá 0.5% độ sâu của hồ đảo.

Ou và cộng sự (2000) quan trắc chuyển vị nên của công trình gây ra bởi quátrình thi công hỗ đào theo phương pháp Top-Down với tường vây bêtông cốt thép.Hệ thống quan trắc tổng quát được thiết lập trong quá trình đào công trình TaipeiNational Enterprising Center (TNEC), họ đã quan trắc độ lún dọc, biến dạng ngangvà biến dang cat Bién dang doc trục tang theo độ sâu hỗ đào, cao nhất đạt 0.5%chiều sâu của hố đào tại bước thi công 13 ( hố đào có sàn ở độ sâu 19.7m tính từmặt đất tự nhiên Trong khi biến dang cat lớn nhất và biến dạng ngang lớn nhất đạtđược xung quanh 0.6% đến -0.6% chiều sâu hố dao ở bước thi công 13 Tuy nhiên,quá trình dao hoàn toan không thoát nước với thé tích không đổi Dựa vào sự theodõi hiện trường đất phía sau tường có thể tích không đổi trong khi đảo, nó có thể làdo cố kết hay ứng xử từ biến của dat

>, Ty T F12501000 N

Ou và cộng sự (1993) đã nghiên cứu hàng loạt hố đào sâu tại thủ đô của ĐàiLoan, và rút ra kiến nghị chuyển vị ngang của tường vây hé đào khoảng 0.2-0.5%.Chuyển vị ngang của tường trong đất sét yếu thì lớn hơn trong đất cát do đó giớihạn chuyền vị ngang trong sét cũng cao hơn trong cát

1.5.1 Giới hạn vùng mô hình

Đề mô hình có khả năng đưa ra biến dạng và sự phân bố ứng suất đáng tincậy, giới hạn vùng mô hình cũng cần phải hợp lý Sự hợp lý ở đây được hiểu làvùng mô hình phải đủ lớn để có thể bao trùm hết được những tác động tương hỗ

giữa hồ đào sâu với đất nền xung quanh K.J Bakker (2005) đã đưa ra đề nghị giớihạn vùng mô hình khi phân tích h6 dao sâu bằng phần mém Plaxis Theo K.J.Bakker giới hạn vùng mô hình phụ thuộc vào chiều rộng hố đảo, chiều sâu hồ daovà chiều dài của tường vây Helmut F Schweiger (2002) nghiên cứu ảnh hưởng củagiới hạn vùng mô hình đến kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường vây.Helmut F Schweiger đã phân tích một hé đảo sâu với giới hạn vùng mô hình khácnhau Từ kết quả, Helmut F Schweiger nhận xét giới hạn vùng mô hình một khi đãđạt đến kích thước hợp lý thì việc mở rộng giới hạn vùng mô hình ảnh hưởng khôngđáng ké đến kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hồ đảo.

X ĐÀ SX ORO ROR ĐK ORK

Mỗi mô hình nên đi kèm theo nó là một bộ thông số mà người sử dụng phảixác định dé làm dit liệu phân tích các bài toán Mô hình càng phức tạp thì thì mứcđộ chính xác càng cao nhưng kèm theo đó là càng nhiều thông số cần phải được xácđịnh cho mô hình Việc xác định chính xác toàn bộ các thông số cho mô hình nên làmột điều khó khăn Do đó tuỳ theo mục đích phân tích mà cần phải xác định chính

xác thông sô nào sẽ ảnh hưởng nhiêu nhât đên kêt quả phân tích Đôi với việc phântích chuyên vi ngang của tường vây trong hô đào sâu, một vai tác gia đã tiên hànhphân tích độ nhạy của các thông số của mô hình đến kết quả phân tích.

B Gebreselassie, H.G Kempfert (2005) tiễn hành phân tích độ nhạy củacác thông số của mô hình Hardening Soil đến kết qua phân tích ứng xử của một hồđào sâu trong nên sét cố kết thường Các thông số mà B Gebreselassie, H.G.Kempfert tiễn hành phân tích độ nhạy là v,,, ced Eụr »Kio Ble! Be! ere! R Quá trình

phân tích độ nhạy của các thông số được thực hiện bang cách thay đồi một thông sốtrong khi vẫn cố định các thông số còn lại, kết quả phân tích trong từng trường hợpđược so sánh với nhau để rút ra kết luận Theo như nghiên cứu của B.Gebreselassie, H.G Kempfert thông số nhạy nhất với kết quả phân tích chuyền vị

ngang của tường vây tầng hầm là thông số Er Chuyển vị ngang lớn nhất củatường vây thay đổi 45 đến -24% khi khoảng biến động của £ rr dao động +50%.

Nhân tố K®* cũng có ảnh hưởng đáng kể đến chuyển vị ngang của tường vây tronghô đào sâu.

Ngô Đức Trung , Võ Phán (2011) phân tích độ nhạy của thông số mô đunđỡ tai và nén lại E/°/ trong mô hình Hardening Soil đến chuyển vị ngang của tường

vây Giá trị ES’ thay đổi bằng 3EŸ5ƒ, 4E25/và SEZs’ để phân tích chuyển vị ngang

của tường vây trong các giai đoạn đào đất Kết quả phân tích cho thây ảnh hưởngcủa sự biến động giá trị E re? đến chuyển vị ngang của tường vây là không đáng kẻ

Theo các nghiên cứu trên thì các thông số độ cứng ảnh hưởng nhiều nhất đếnkết quả phân tích chuyển vị ngang của tường vây tầng hầm Tuy nhiên việc xác địnhcác thông số cho các mô hình nên đúng theo lý thuyết của mô hình là một van débất khả thi vì trong thực tế các số liệu địa chất cũng như các kết quả thí nghiệmtrong phòng và ngoài hiện trường không lúc nào cũng day đủ và chính xác Vì vậyviệc xác định khoảng biến động cho những thông số này ứng với mỗi loại dat hoặcnhững tương quan giữa chúng với các chỉ tiêu cơ lý khác là một điêu cân thiết.

Khoảng biến động và các mối tương quan này được nghiên cứu thông qua việc phântích ngược những công trình hố đảo sâu kết hợp với việc so sánh kết quả quan trắccủa một sô tác gia trong và ngoài nước.

Tan cùng các đồng sự (2001), Liew S.S & Gan S.J (2007), S.T.Kok vàcác đồng sự (2009) nghiên cứu mối tương quan giữa thông số mô đun E trong môhình Hardening Soil của Plaxis với chỉ số SPT-N băng việc phân tích ngược một sốcông trình hồ đào sâu trên nên tram tích Kenny Hill Kuala Lumpur, Malaysia vàbùn sét biển khu vực phía Tây Malaysia Tại Việt Nam, Châu Ngọc Ấn và Lê VănPha (2007) đã sử dụng tương quan giữa chỉ số SPT-N với thông số E trong mô hìnhMorh Coulomb dé phân tích sự làm việc đồng thời giữa đất nền và kết cầu tườngvây của công trình trạm bơm nước thuộc hệ thống xử lý nước thải Nhiêu Lộc-ThịNghè Tp.HCM Nguyễn Văn Hải và Lê Trọng Nghĩa (2007) phân tích một hồ daosâu tường chắn bằng cọc xi măng dat và đưa ra khoảng biến động mô đun E trongmô hình Morh Coulomb cho lớp đất yêu khu vực Q.7 Tp.HCM

Ngoài tương quan với chỉ số SPT-N, thông số mô đun E còn có tương quanvới thông số sức chống cắt S„ Teparaksa W và các đồng sự (1999) thông qua việcphân tích ngược một số công trình hố đào sâu trên nên sét tại thủ đô Băng Cốc, TháiLan đã đưa ra mối tương quan giữa mô dun đàn hôi E với thông số sức chống cắtkhông thoát nước S„ Stroud và các đồng sự (1975) cũng đưa ra tương quan giữamô đun hữu hiệu với thông số sức chống cắt không thoát nước phụ thuộc vảo chỉ sốdẻo PI của đất sét yếu

1.5.3 Phuong pháp phân tích

Phương pháp phân tích được bàn luận đến trong phan này chính là việc xemxét ứng xử của đất nên thoát nước, không thoát nước hay không thoát nước mộtphần tương ứng với các phương pháp phân tích thoát nước, không thoát nước vàphân tích kép (phân tích không thoát nước kết hợp với phân tích cố kết) Như đãbiết, khi phân tích công trình tức thời trong những lớp đất nền có hệ số thâm nhỏ thiphương pháp phân tích không thoát nước là hợp lý, trái lại khi phân tích công trình

lâu dài trong nên đất có hệ số thấm cao thì phân tích thoát nước được chọn Nhưngtrong thực tế thi công các công trình nói chung và thi công các tang ham nói riêng,thời gian thi công không đủ dài để có thé phân tích công trình lâu dài và cũng khôngquá ngăn dé phân tích tức thời Mặt khác dat nền cũng không có hệ số thâm quá caohay quá thấp Do đó việc lựa chọn phương pháp phân tích trở nên khó khăn.

Vermeer & Meier (1998) đã đưa ra hệ một hệ số T được tính từ hệ số thắmcủa đất nên, thời gian thi công công trình để xem ứng xử của đất nên là thoátnước hay không thoát nước trong hé đảo sâu Theo đó, T<0.1 xem là ứng xử khôngthoát nước, T>0.4 xem là ứng xử thoát nước Hạn chế của hệ số mà Vermeer &Meier đưa ra là khi 0.1 <7 = 04.

K.J Bakker (2005) dé nghị khi phân tích hố dao sâu dé cho an toàn nên ápdụng phương pháp phân tích thoát nước Một điều cũng dé nhận thấy khi thi côngnhững hồ dao nhỏ thời gian nhanh thì tường có đủ khả năng chịu lực mà không canthanh chống ngay cả trong trường hop dat cát Nhưng nếu dé một thời gian dù chỉmột tuân thì tường di chuyển vào trong do hiện tượng cố kết và sự bốc hơi nướctrong đất Theo như K.J Bakker, các công trình hố đào sâu tại Hà Lan các lớp đấtđều giả thiết là thoát nước Tuy nhiên đối với những nước mà đất nên là loại sét tốtthì hiện tượng cố kết xảy ra đến hang tháng hàng năm sau vì vậy phân tích cố kết cóvẻ quá câu toàn.

D.E.L Ong và các đồng sự (2006) tiến hành phân tích một hồ đào sâu vớicác phương pháp phân tích khác nhau trên hai phần mềm SAGE-CRISP vàPLAXIS Các tác giả kết luận phương pháp phân tích kép mô phỏng gân đúng vớiứng xử của tường vây nên sẽ cho ra những thiết kế cạnh tranh hơn Liew S.S &Gan S.J (2007) tiễn hành phân tích ngược một công trình hồ đảo sâu thi công bằngbiện pháp Semi Top-Down trong khu vực thủ đô Kuala Lumpur, Malaysia, kết quảphân tích được so sánh với kết quả quan trắc cho thay phương pháp phân tích khôngthoát nước kết hợp với phương pháp phân tích có kết cho kết quả chính xác hơn

c c

2 Ro)

soo os00 le)

=MWoo0o00 zN0000GP ONAN OK-K- ONAN)

`

on

ng và chiều s

`^

khác nhau, W, D chiêu rộ âu vùng hình,nên

Helmut F Schweiger (2002)

Kết luận

Van dé chuyển vi trong tường vây của hồ đào sâu là một van dé không mớivà đã được nhiều tác giả nghiên cứu Tuy nhiên ứng với các điều kiện địa chất khácnhau, biện pháp thi công khác nhau, cũng như cấu tạo tường và các biện pháp chốngđỡ khác nhau, thì ứng xử của tường lại thay đổi và là một van dé can nghiên cứu vàxem xét.

Phương pháp tiếp cận dé phân tích ứng xử của tường thì cũng được nhiều tácgiả nghiên cứu, phân tích và so sánh, trong đó nồi bậc hơn cả là hai phương pháp:phương pháp ứng suất phụ thuộc và phương pháp phan tử hữu hạn Tuy nhiên mộtvài nghiên cứu trước đó đã chi ra những hạn chế nhất định của phương pháp ứngsuất phụ thuộc trong việc phân tích ứng xử của tường và đặc biệt là phân tích ứngxử của nên đất sau lưng tường chắn

Phương pháp phan tử hữu hạn được xem như là phương pháp triển vọngtrong phân tích ứng xử của hỗ đào sâu Trong đó phần mềm Plaxis là một công cuhữu hiệu trong việc phân tích số

Plaxis 2D là phần mềm địa kỹ thuật dựa trên phương pháp phan tử hữu han,dé phân tích biến dang và 6n định nên đất theo mô hình phang 2 chiêu

Plaxis 3D là phần mềm địa kỹ thuật dựa trên phương pháp phan tử hữu handùng dé phân tích 3 chiều sự biến dang và 6n định trong địa kỹ thuật

Kết quả tính toán băng mô hình 2D luôn cho kết quả lớn hơn mô hình 3D.Tính toán Plaxis theo mô hình không gian 3D cho kết quả hợp lý hơn Bởi vì môhình 3D thé hiện được tat cả điêu kiện biên, thé hiện được vùng chuyển vị theo haiphương Ngoài ra trong mô hình 3D ta có thé kiểm tra được ổn định bề mặt mươngđào, tính toán được áp lực cân băng bề mặt mương đảo nhỏ nhất cần thiết để đảmbảo 6n định bề mặt mương trong suốt quá trình đào

Tuy nhiên, kết quả phân tích có chính xác hay không còn phù thuộc nhiềuvào sự hiểu biết và kinh nghiệm của người mô hình Do đó việc nghiên cứu một môhình phù hợp với điêu kiện thực tê là điêu cân xem xét và nghiên cứu.

Chương 2CƠ SỞ LÝ THUYET DE PHAN TÍCH BÀI TOÁN TƯỜNG CHAN HO ĐÀO

SAU BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHAN TỬ HỮU HAN2.1 Cơ sở lý thuyết trong PLAXIS

Plaxis dựa trên các lý thuyết biến dạng, lý thuyết có kết, lý thuyết dòng chảyngắm, va ứng dụng phương pháp phan tử hữu hạn để thực hiện tính toán các bàitoán địa kỹ thuật Plaxis được xem là một công cụ mô phỏng địa kỹ thuật Cácmô phỏng này vẫn còn mang tính xấp xỉ, độ chính xác liên quan đến kỹ thuật sốhọc và lỗi mô hình hoá trong tin học Hơn nữa, độ chính xác thực tế lại phụ thuộcvào chuyên môn, sự hiểu biết về các mô hình nền như: Mohr Coulomb, CamClay, Cam Clay modify của người dùng trong việc lựa chọn các thông số đầuvào va khả năng đánh giá độ tin cậy của kết quả tính toán

2.2 Mô hình vật liệu

Mô hình vật liệu được thiết lập từ các công thức toán học nhăm mô tả mốiquan hệ giữa ứng suất và bién dang Mô hình vật liệu chỉ rõ độ tang vi phân của ứngsuất (hay “tỉ lệ ứng suất”) có liên quan đến độ tăng vi phân của biến dang (hay “tỉ lệbiến đạng”) Tất cả mô hình vật liệu trong PLAXIS dựa vào quan hệ giữa ti lệứng suất hữu hiệu ø' và tỉ lệ biến dạng e Trong mô hình dựa vào mồi quan hệ giữabiến dạng và ứng suất để thiết lập công thức của áp lực nước lỗ rỗng để mô tảvật liệu không thoát nước.

2.3 Định nghĩa biến dạng thông thường

F

Go

€ eP -><+ >i+^ + Fo

Hình 2.1 Mô hình dẻo lý tưởng

ce=e +e? (2.1)Qua đó ta thay trong mô hình Plaxis, bién dang được định nghĩa gôm haithành phan: chỉ số mũ e được sử dụng để chỉ biến dạng đàn hôi và chỉ số p chỉbiến dạng dẻo.

Quan hệ giữa modulus Young E (Young’s modulus) va modulus độ cứngkhác, như modulus cắt G (shear modulus), modulus khối K (the bulk modulus) và

modulus oedometer £,,, (oedometer modulus)

mm nnr 22)

2(1+v) 3(l— 2v) (I—2y)(+v)

Trong các thông số dau vao, giá trị G và E,„„ được sử dụng như là cácthông số phụ (thay thế), tính từ các biểu thức (2.2) Sự lựa chọn này chịu ảnhhưởng của các giá trị đầu vào của Eva y Ở đây ta có thể thay đổi tăng độ cứngvà lực đính trên một đơn vị chiều sâu Theo (2.3)

Factual = EreƑ + (WreƑ — Y)E increment ¥ < Vref (2.3)

Va day cũng là một han chế của chương trình Vi mô hình ở day là mô hìnhđàn hồi tuyến tính không thích hợp dé mô hình các ứng xử phi tuyến tính của dat.2.4 Phân tích ứng suất hữu hiệu không thoát nước với các tham số hữu hiệu

Trong Plaxis chỉ rõ ứng xử không thoát nước trong phân tích ứng suất hữuhiệu sử dụng các thông số hữu hiệu Điều đó đạt được băng cách đồng nhất hoácác kiểu ứng xử của vật liệu trong lớp đất xem như không thoát nước Trongphan này, giải thích bang cách nào Plaxis có sự lựa chọn ứng xử “Undrained” chovật liệu Sự xuất hiện áp lực nước lỗ rỗng trong câu trúc đất là do nước ảnhhưởng đến sự hình thành ứng suất tổng Theo lý thuyết Terzaghi, ứng suất tổng ocó thé chia là ứng suất hữu hiệu ø ` va ứng suất lỗ rỗng o, Tuy nhiên, nướckhông hỗ trợ bat ky ứng suất cắt nào và do đó ứng suất cắt hữu hiệu bang tổng ứngsuất cat.

Oxx = O' vx TỚy Oxy =O xy_ _t —e!Oy = Ø`„y+Øy Oy, =Ơ y„ (2.4)

Oo = mm + Ey +e.) (2.6)

Trong đó Ky là modulus khối của nước va n là độ xốp của dat Nhờ môhình của định luật Hooke có thể tìm ra tỉ lệ ứng suất tổng và thông số khôngthoát nước „và v„ VỚI:

vit+u(1+v')

Ey=2G0+%) Y1 211w)

¬.« F (2.7)HN KT "

3(— 2v')

Do đó, rõ ràng là lựa chọn ứng xử không thoát nước trong PlaxIs từ thôngsố G và 0 được chuyển đổi thành thông số không thoát nước E, và v, tue côngthức (2.7) Chú ý là chỉ số uw được dùng làm chỉ số dé chỉ ứng xử không thoátnước của vật liệu Do đó, #„ và v, không được nhằm lẫn với E,, và v„„ đượcdùng để chỉ sự đỡ và nén tải lại của vật liệu

Ứng xử của vật liệu là hoàn toàn không nén ép được khi v„= 0.5 Tuynhiên, khi lấy y„=0.5 dẫn đến những điểm kỳ dị trong ma trận độ cứng Thựcra thì, nước không nén ép được do modulus khối thực tế của nước rất lớn Điều đógây ra van đề số học bởi vì chỉ số nén quá thấp nên v, được chọn mặt định là 0.495