Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu ổn định hố đào sâu bằng giải pháp Soil Nailling

Tính toán các loại áp lực đất lên tường chăn giữ thành hỗ đào theo phương pháp dùng mặt trượt giả định của coulumb...--- --- --... kN/m” DANH MUC CAC KY HIEU : móc nghiêng của tường : độ

TRUONG DAI HOC BACH KHOA

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

Cán bộ châm nhận xét Ì: - -:.: 2222222222222 cnn sen:

Cán bộ châm nhận xét 2: -:-.:. :: cee 222 succes tuvueeteneees

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐÔNG CHAM BAO VỆ LUẬN VĂN THACSĨ TRƯỜNG ĐẠI HOC BACH KHOA, ngày tháng năm 2012

KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

Tp Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 06 năm 2012

-0Q0 -NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: LE NHỨT NGÔN Gi0di tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: Năm 1985 Nơi sinh: Đồng ThápChuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG MSHV: 100903701 TÊN ĐÈ TÀI:

NGHIÊN CỨU ON ĐỊNH HO ĐÀO SAU BẰNG GIẢI PHÁP SOIL NAILING

2 NHIỆM VỤ:

Mở đầuChương 1 Tổng quan về các giải pháp Ổn định hồ dao sâuChương 2 Cơ sở lí thuyết tính toán Soil nailing và tường ShotcreteChương 3 Mô phỏng bài toán bằng phần mềm Plaxis va tính toán theo lí thuyết.Chương 4 Tính toán ôn định hồ đào cho công trình Bệnh viện Đại học Y DượcTPHCM băng giải pháp Soil Nailing

Kết luận và kiến nghị3 NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06 02 20124 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU: 30 06 2012

viên mà cùng với quá trình hướng dẫn của quý thầy cô và những động viên

khích lệ từ bạn bè.

Học viên xin chân thành gửi lời tri ân đến quý thay, cô Trường Daihoc Bach Khoa, Khoa xây dựng, Bộ môn Dia Co Nền Móng đã không ngại

khó khăn truyền dạy kiến thức và tạo mọi đều kiện cho các học viên tham

ø1a thực tập và nghiên cứu tại trường.

Xin chân thành cảm ơn thay PGS TS Võ Phan đã nhiệt tình hướngdẫn, động viên và khích lệ tinh thần trong suốt quá trình học viên thực hiện

luận văn.

Xin chân thành cam ơn Cơ quan, Gia đình va tat cả các học viên

đở học viên trong những lúc khó khăn, tạo điều kiện cho học viên tham gia

học tập và hoàn thành luận văn.

Học viên

Lê Nhứt Ngôn

SOIL NAILING

TOM TAT

Tường Soil nailing là giải pháp dùng nail để 6n định hỗ dao hở trong qui trìnhthi công Top down Trong luận văn này tác giả thực hiện một thực nghiệm để nghiêncứu ứng xử của tường soil nail trong ôn định hỗ đào sâu 10m tại Thành phó Hỗ ChiMinh, Việt Nam Tường được thiết kế dựa trên cơ sở lý thuyết của tường soil nailing.Ứng xử của tường được mô phỏng bằng phần tử hữu hạn - Plaxis 8.5 và chương trìnhSnail Tác giả sẽ nghiên cứu ứng xử của tường, các thông số như chuyển vị ngang cực

đại, sự phát triên lực của nail và mặt phá hoại.

So sánh kết qủa của Plaxis và Snail từ đó chọn ra chương trình phù hợp để mô

phỏng ứng xử của tường soil nailing.

SOIL NAILING METHOD

ABSTRACT

Soil nailing wall is a method using nails to stabilize the open cut in accordancewith top - down construction technology In this thesis, an attempt has been made toresearch the performance of a soil nail wall supporting a vertical cut in 10 m deep inHo Chi Minh City, Vietnam The wall is designed based on the theories of soil nailwall The response of the wall is then simulated numerically by using a finite elementanalysis - Plaxis 8.5 and Snail The performances of the soil nail wall, parameters suchas maximum lateral displacements, development of nailing forces and failure plane,have been studied.

Results of Plaxis and Snail should be compared and the author of thesis willchoose the suitable program to simulate the response of Soil nailing.

ở 071 |CHUONG 1 TONG QUAN VE CÁC GIẢI PHÁP ÔN ĐỊNH HO ĐÀO SÂU 31.1 TƯỜNG COC CHONG (SOLDIER PIL/E) -.- 5.1 1S SE SE EEE5EEE5EEEEEEEEEEsEeErrrrrrrre 31.1.1 Sơ lược về tường cọc chỐng + se csx x31 1151111115155 111111111111 EEEEtrrke 31.1.2 Ưu và khuyết điểm của giải pháp tường cọc chống +5: stress 51.2 TƯỜNG COC COT (COLUMN PILIE) Á- Set SE 3153535351 555511151551E E1 Errrrre 51.2.1 So lược về [N00] 012K 6(0\6 C0) re 51.2.2 Uuva khuyết điểm của giải pháp tường cọc cột - c ccn sen St net gưyn: 71.3 TƯỜNG VAY (DIAPHRAGM WALL) S1 111211111111 5151 1111 EEEErEEErrrrrerrreeo 81.3.1 Sơ lược về tường VAY oo cc ccccccceececescscsceecevececcevsceceevececeavsveceesvaceevavscesesteceeeveceeen 81.3.2 Ưu va khuyết điểm của giải pháp tường VAY oo ee cceccecceceecesecesescsvesesesescesereeeees 91.4 NHAN XÉT CHUONG o.cccccecccccccccceccscscecscsvsvevsvecevsvevevscevscevevsvevscevssevavevavevavevevevevereres 9CHƯƠNG 2 CO SO LY THUYET TÍNH TOÁN SOIL NAILING VA TƯỜNG BAO 102.1 PHAN TICH ON ĐỊNH TƯỜNG SOIL NAILING 55:5222cccxczxszrsrxercee 102.1.1 Sự truyén tải lên tường soil mailing cee ccceceseseesescsescesesceeesescseesveveceeeseseeseens 10

PA s0 834006:7⁄iiiẳắẳỠVŨO II

2.1.3 On dinh tong 8n ằ 122.1.4 Ôn định tFưỢt :- 2222221 212112211112211111211211211111211211212112112111 1e 142.1.5 Ôn định trồi ở đáy hồ đào - - c- n T111 T1 1111111011511 17121 te ng 15

2.1.5.1 Phương pháp khả năng chịu tải 2221211111111 1 111 xa 152.1.5.2 Phương pháp của TerZagÏ1 - - - - 2222222223 1111111111 111111111 va 182.1.5.3 Phuong pháp khả năng chịu tải âm - ccc cece ceceeeeeeeeeeeeeeeeanaaaas 202.1.5.4 Phương pháp vòng cung trưỢt - 2222111 1111111 11111 va 21

2.1.6 Dự đoán chuyên vi của tường soil naiÏing ecceceseesesesesceseseseesesvsveseseseeseees 232.2 CƠ SỞ LY THUYET TÍNH TOÁN SOIL NAILING ¿55255 25c cxsxcsxsrxces 232.2.1 Hệ số chỗng kéo p của soil naiing - ác cscscx x31 E3 1E SE E St trtrreryg 25

2.2.2 Lực kéo thiết kế lớn nhất tnax của soil ¡1 0 cece e eee eesteneenneeneenees 26

2.2.3 Tiết diện soil nailing cần thiẾt - eccecesescecesescscesesescesesvscsceseseseseeveveservaveees 262.3 LÝ THUYET TÍNH TOÁN TƯỜNG SHOTCRETE - 55: 2252 22x2xvz2zx+zxecxe2 26

2.3.1 Kiểm tra khả năng chống uốn Rep của tường Shotcrete -:ccccscxss sex cez 262.3.2 Kiểm tra khả năng chống cắt Rep của tường Shofcrefe - ¿+ ccscxsscxrrcsre2 27

2.3.3 Kiểm tra cường độ định neo Rgụ, - 5c c n1 1S 111 SE E3 E1 TH re ng 272.4 CƠ SỞ LÝ THUYET TÍNH TOÁN ÁP LỰC DAT LÊN THÀNH HỒ ĐÀO 292.4.1 Các loại áp lực dat lên tường chắn giữ thành hó đảo - c ccc se cezrxzxssrx2 292.4.2 Tính toán các loại áp lực đất lên tường chăn giữ thành hỗ đào theo phương pháp

dùng mặt trượt giả định của coulumb - - << - << 2+ ++++s+ssereesssereeees 31

2.4.2.1 Áp lực tĩnh Eọ -c cSn v1 S111 1151E1115111111112E1 181115185 TETEE HH He 312.4.2.2 Áp lực chủ động Eg cccccceccccscscsesesescsescevececesvsvsvesecsesesvsvsvevevesesesvsveveveseeeevaes 332.4.2.3 Áp lực bị động Eạ - S22 1 12 222121212112121211121212122 121g 392.4.3 Tính toán các loại áp lực đất lên tường chăn giữ thành hé đào theo lý thuyết cân

băng giới hạn ác cc tt TT nv 1111111111 1111111811111 T 1t TH TT TT HH Hư Al

2.4.3.1 Phương pháp của Rankine - - 2 2222222222223 1111111 1111111111111 k2 4]2.4.3.2 Phương pháp của SOkolOVSKI - - c2 2222222221111 111 1151111 1kg 42

2.4.4 Tính toán áp lực dat dựa vào điều kiện biến dạng và chuyển VỊ của tường 442.4.4.1 Ảnh hưởng của chuyên vị thân tường đến áp lực đắt -ccccccse c2 442.4.4.2 Tính toán áp lực đất dua vào điều kiện chuyển vị thực của tường 45

2.5 NHẬN XÉT CHƯƠNG :- 2-52 221221221121121121111111112112112112121212112 0e 47CHƯƠNG 3 MO PHONG BÀI TOÁN BANG PHAN MEM VA TÍNH TOÁN THEOLY THUYÊT -.- S11 1 11111 112111111110 0 11 111110111111 1H11 HH tre 48

3.1 MÔ PHONG BANG PHAN MEM PLAXIS 5 1n 3EEE E1 211112121 181 1 tre 483.1.1 Các mô hình đất - S21 1211121211151 1121112 111511112 1111211 111tr rưê 483.1.2 Ứng xử thoát nước và không thoát nƯỚC +: +2 S1 E311 EEEEEEEEEESEEEEEEErrrerred 533.1.3 Các chỉ tiêu của đất nền và phương pháp xác định + cccccx sec sxserrersed 553.2 MÔ PHONG BANG PHAN MEM SNAIL [Ö] - 222 2S 123 E5E5EE2E5E2E55E1E2E5E1ExExx2 573.2.1 Các thông số đầu Va0 ooo ccecccccccccsceseccscececesvsveccevscesesveveceeveseceuvevecesvsvesesesvaceseevaseees 57

3.2.2 Giới hạn vùng phân tích - - - T2 1 111 011111101111110 111110 2111 3 21 111g ng nen 58

3.3 TINH TOÁN BANG LY THUYẾTT 5.5: SE E1212111E1E11111111111111111 010111 trkg 593.3.1 Các thông số của tường va soil nailling cccececesceseseseeceeesesesceesvsceeereeees 59

S6 Jong n6 2 3 Ú 603.3.3 Tính toán tường Shotcrefe - - - - TT 1111111111111 1101231122 011g n1 nghe 61

3.4 NHẬN XÉT CHƯƠNG ¿S0 2221 221212312212121212212121212112121 111211 re 62CHUONG 4 UNG DỤNG TÍNH TOÁN ÔN ĐỊNH HO ĐÀO CHO CÔNG TRÌNHBỆNH VIỆN ĐẠI HỌC Y DƯỢC TPHCM BANG GIẢI PHAP SOIL NAILING 63

4.1 CÁC DỮ LIỆU PHỤC VỤ TÍNH TOÁN CỦA CÔNG TRÌNH BỆNH VIỆN ĐẠI HỌC

Y DƯỢC TPHCM 5c E1 111E11111E1E1111111111111 1011 111111111111 1 1H11 ru 63

4.1.1 Giới thiệu công trình cece cece ec 10101111011101 1101110111112 1v vn ng n HH nghe nhe 63

4.1.2 Trình tự thi công hố đảo - - -cSc St SE 131111111111 111151 E1 E1 TT no 634.2 MÔ PHONG BÀI TOÁN BANG PHAN MEM PLAXIS 2 2 2 + ESEEsrreree 674.2.1 Các phan tử dùng để mô phỏng - ST 32121 E311 E3 1515155151551 1111k te rre 67

4.2.2 Tinh cac pha tinh toan occ HH 69

4.2.3 KẾT QUẢ S1 1T T111 1111111111111 111111 TT T1 HT TT HH HH HH Ho 694.3 MÔ PHONG BAI TOÁN BANG CHUONG TRÌNH SNAIL, - ¿5c 22c 70

4.3.2 KẾT QUA ceccccceccccecescscececesvscecvsvececesvsceevaveveceevevaceesavscusvevisicasacesvsveveseevisereeveveeereans 714.4 TINH TOÁN BẰNG LÝ THUYÊTT S1 1E E1111111E1E111111121111111101 E111 ttxg 71

A.A.1 Tinh toain Soil mailing iiiđ444 714.4.2 Tinh toan tong Shotcrete ẼadidađiaiaiiiiÝŸẢẢ 73

4.4.3 Ước lượng ChUYEN Vi ee cccccccecccsececceseceeceveceseececsvscecesvscecesesvecctsvsceevevesieeevecetetes 764.5 SO SANH VA DANH GIA KET QUẢ - 1S: 2121212351151 111111111521111111 E181 ketrg 784.6 NHẬN XÉT CHƯƠNG - ST 11 1511101212121111 0111101 H111 1t g 84KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ, SnTn SE n3 n1 Tx TS HH HH HH HH Hee 85I NHAN XÉT VÀ KẾT LUAN o.cccccccccccecscscscsescsesesecevsescevsvevsvsusatesevsvevevevevsvsseteveveveveneen 85II KIÊN NGHỊ VÀ HUONG NGHIÊN CUU TIẾP THEO 00.0 cecsescseccsececscseseesceseeeseteeeeeee 86TÀI LIEU THAM KHẢO S1 111211115511 E151 1111 21111115111 TT H HH HH rrryg 87

PHU LUC

Hình 1.1.Hình 1.2.Hình 1.3.Hình 1.4.Hình 1.5.

Hình 1.6.Hình 1.7.Hình 1.8.Hình 1.9.Hình 2.1.Hình 2.2.

Thi công tường vay, (a) Khoan tao 16, (b) đặt long thép s- 5s: 8

"TUONG VAY cccccccceseeeccccesseeceeceeseeeeeeeeeeeeeeseeeeeeeseeeeeesseeeeseseeeeeeeeseeeseeeeeesaaaesess 9Huy động lực dọc trong soil nalÏing - << << <<<<<<+sss2 10

Phá hoại bên ngoài vùng có soil nailing (a) Mất 6n định tổng thể, (b)Mat 6n định do trượt, (c) Mất 6n định do trỒi ¿sec sex sec secxe 11Phá hoại bên trong vùng có soil nailing (a) Phá hoại liên kết giữa soil

nailing và đất, (b) Phá hoại liên kết giữa thanh soil nailing và vữa,

(c) Phá hoại do vượt quá giới hạn chiu kéo của thanh soil nailing, (d)

Phá hoại thanh soil nail do tổ hợp mô men và lực cat (Geotechnical

Engineering Circular No.7 - Soil Nail Walls) - << 2-2 11

Phá hoại tường shotcrete (a) Tường chotcrete bị uốn, (b) Luc cắt gây

chọc thủng, (c) Phá hoại do vượt quá cường độ đính neo 12

Hình 2.6 Phân tích ôn định truot cceccessecsessesseeseeseesesseesecseeseeseeseeeeseeeeesnseeeeneeseeeee 15Hình 2.7 Phân tích trượt trồi đáy hố đào bang phương pháp khả năng chịu tải 16

Hình 2.8 Quan hệ giữa F, va X/H, (a) S, = 25 N/m2, (b) Sy /0’, = 0.3 17

Hình 2.9 Phân tích trượt trồi đáy hỗ dao bang phương pháp của Terzaghi

BtruOng hop D em ˆ 18

42Hình 2.10 Phân tích trượt trồi đáy hố đào băng phương pháp của Terzaghi

B01:730/199096%== 19

42

Hình 2.11 Phương pháp khả năng chịu tải âm -. - 5-55 << + + ssssressss 21

Hình 2.12 Phan tích hệ số an toàn chống trượt đáy hồ dao theo phương pháp

vòng cung trượt, (a) cung trượt, (b) lực tác dụng lên khối đất tự do 22Hình 2.13 Chuyển vi của tường soil nailing theo Byrne va cộng sự (1998) 23Hình 2.14 Cau tạo thanh soil nailing (theo Porterfield et al 1994) s-sss«¿ 24Hình 2.15 Bồ tri neo (theo Geotechnical Engineering Circular No.7, 2003.) 25Hình 2.16 Cau tao đầu neo tạm thoi cccececseeseesesseeseeseeseeseeseeseesessneeeeenseessneeeeaneenee 28Hình 2.17 Câu tạo đầu neo lâu dai với đỉnh neo - - ¿+ + Sex +EsEEsE SE se se rexsessez 28Hình 2.18 Chi tiết đỉnh neo - ¿5c St th 22tr 29Hình 2.19 Áp lực chủ động E, trong hệ tọa đỘ - << + + + 1333312 30Hình 2.20 Áp lực bi động Ep trong hệ tọa dO S nhe 3]

Hình 2.21 Quan hệ của chuyển vị và áp lực đất -¿- «xxx ket rveeseeaHình 2.22 Tính toán áp lực đất chủ động theo Coulomb ¿ ¿+5 se ce£+xzxzxe.Hình 2.23 Cường độ áp lực đất chủ động E, trường hợp đất dap sau lưng tường

có tai trọng phân bô đêu không liên tục với dat rời - -

-‹ -Hình 2.24 Cường độ áp lực đất chủ động E, trường hợp đất dap sau lưng

tường có tải trọng phân bố đều không liên tục với đất Hình 2.25 Cường độ áp lực đất chủ động E, trường hợp đất dap sau lưng

dính -tường có tải trọng phân bô đêu gián đoạn với dat rời -

Hình 2.26 Cường độ áp lực đất chủ động E, trường hợp đất dap sau lưng

tường có tải trọng phân bố đều gián đoạn với đất dính ¿- eeeHình 2.27 Lực tiếp tuyến tác dụng lên bề mặt khối đất sau lưng tường Hình 2.28 Tính toán áp lực đất bị động - se x1 1S gvgkggtngvcregHình 2.29 Áp lực đất tĩnh - - s91 SE ST HH TT TT TH ng rkgHình 2.30 Áp lực đất trường hợp đỉnh tường cô định, chân tường chuyén vị ra

Hình 2.31 Áp lực đất trong trường hợp đỉnh tường và chân tường cố định,

bụng tường bị uôn ra ngOÀI 5< 2c 2222110110101 11 1111111111111 111111155352

Hình 3.1 Vòng tròn ứng suất tại ngưỡng dẻo; tiếp tuyến của đường bao

Coulumb (Plaxis verson 8 turturial and manual) - <<<++Hinh 3.2 Mặt dẻo Mohr - Coulumb - ¿<< < c c5 c2 1c 1E Y3 y cv ceesHình 3.3 Ey và Eso trong thí nghiệm nén 3 †rỤC - << << S32

Hình 3.4 Quan hệ ứng suất - biến dang của tải ban đầu trong thí nghiệm nén ba

Hình 3.5 Đường bao phá hoại của mô hình Hardening soil trên mặt ứng suất

chính của đất rời (Plaxis verson 8 turturial and manual) -: 52

Hình 3.6 #”“ trong thí nghiệm oedemef€r - +: t3 SE errerrrrrrerreo 53

Hình 3.7 Sơ đồ thông số hình dang tường (A user’s manual for the SNAIL

PLOQTAM) 0777 41 57

Hình 3.8: Sơ đồ các thông số nailing (A users manual for the SNAIL

PLOQTAM) 0777 41 58

Hình 3.9 Mặt đứng bố tri soil nailing; (a) dang lưới 6 vuông, (b) dạng xen kẽ

hình tam giác (Geotechnical Engineering Circular No.7 - Soil NailAVES) See 60Hình 4.1 Công trình Bệnh viện Dai học Y Dược TPHCM - << -<<<- 63Hình 4.2 Đào theo dạng bờ bảo hộ (Porterfield et al 19944) -« << «<2 64

Hình 4.3 Đào theo dạng cat rãnh (Porterfield et al 19944) -c -c-scxssxsesrexsecee 64Hình 4.4 Máy khoan tạo 16 cho nailingg ¿-¿- + + x+kSE SềES S333 SE xTHnkg rhry 65

Hình 4.5 Dụng cụ định tâm cho thanh nalÏing - 5 5 c2 **** + + sssss 65Hình 4.6 Khung lưới thép của tường f†ạm - - «+ << << S313 Y3 53135 11111115552 66

Hình 4.7 Dau nail và đỉnh neo - - + 6 xxx 3 3E 15 1151515111111 E111 re, 67Hình 4.8 Mô hình tường soil nailing theo thiết kế (a), mô phỏng soil nailing

0101580531-000 -.- ằ 68

Hình 4.9 Biểu đồ lực doc trong soil nailing ce cccesssecesessecessssscessscsseecscnessacsees 69Hình 4.10 Biểu đồ chuyển vị ngang của tuONg ce ceceeseesececesseceessecsceevsveceevaeeees 69Hình 4.11 Biểu đồ lực doc trong tường - - - <sxsxSekExEkY SE cưng cv rkg 70Hình 4.12 Kết quả phân tích bài toán bằng Snail 2 52 SE £eEsEeereei 71Hình 4.13 Kết qua phân tích hệ số an toàn sau khi đào xong giai đoạn 1 băng

STNđHÌ - c C00200 1 ĐT TK HT TH HT ch cv rr 78

Hình 4.14 Đồ thị thé hiện quan hệ giữa tỉ số L/H - FSG với H = 4.0 m 80

Hình 4.15 D6 thị thé hiện quan hệ giữa tỉ số L/H - FSG với H = 5.0 m 80

Hình 4.16 D6 thị thé hiện quan hệ giữa tỉ số L/H - FSG với H = 6.0 m 81

Hình 4.17 Đồ thị thé hiện quan hệ giữa tỉ số L/H - FSG với H = 7.0 m 81

Hình 4.18 Đồ thi thé hiện quan hệ giữa tỉ số L/H - FSG với H = 8.0 m 82

Hình 4.19 Đồ thị thé hiện quan hệ giữa tỉ số L/H - FSG với H = 9.0 m 82

Hình 4.20 Đồ thị thé hiện quan hệ giữa tỉ số L/H - FSG với H = 10 m 83

kN/m”

DANH MUC CAC KY HIEU

: móc nghiêng của tường

: độ dốc mặt đất sau lưng tường: øóc ma sát trong hữu hiệu của đất

: móc nghiêng của mặt phá hoại: độ nghiêng cua nail

: chiều dài mặt trượt: trọng lượng khối đất bị trượt: tải trọng trên mặt đất sau lưng tường

: lực nail tương đương

: lực đọc trên bề mặt trượt: lực cắt trên mặt trượt: lực dính của thành phân S,,: lực ma sát của thành phan S,.: Hệ số an toàn tong thé

: áp lực đất chủ động: áp lực đất bị động

: chiêu cao tường: chiêu cao mái dôc của mặt dat sau lưng tường

: độ dốc tương đương

: móc nghiêng của tường so với phương ngang

: lực đính của đất dọc theo mặt trượt: chiều dài mặt trượt

: phân lâu dài của tong tải trọng Q,

: goc ma sát trong hữu hiệu cua đất tại mặt trượt

: móc ma sát giữa tường và dat

: tong khối lượng riêng của khói đất

kN/m?kN/m?

kPa

kN.mkN.mkN.m

kPa

kPakPa

cm

MPa

%%%%

: là phụ tải trên bề mặt đất xung quanh hồ đảo: là hệ số khả năng chịu tải

: dung trọng của đất: chiều sâu hồ dao: sức kháng cắt không thoát nước của lớp 1: sức kháng cắt không thoát nước của lớp 2: hệ số sức chịu tải

: hệ số hiệu chỉnh độ sâu: hệ số hiệu chỉnh hình dạng hé dao

: moment kháng trượt: moment gây trượt

: moment uốn cho phép của tường: sức kháng cắt không thoát nước của đất

: khoản cach theo phương đứng và phương ngang của soilnailing

: đường kính lỗ khoan: hệ số an toàn chống kéo: độ bên dính cực hạn

: áp lực gới hạn trong thí nghiệm nén hơi

: lực kéo thiết kế lớn nhất của soil nailing: Tiết diện soil nailing cần thiết

: cường độ chảy của thép

: hệ số an toàn cho cường độ chịu kéo cua soil nail: hàm lượng thép yêu cầu tối thiểu

: hàm lượng thép yêu cầu tôi đa: hàm lượng thép tại đầu nailing

: hàm lượng thép tại giữa nhịp

kN/m?

kN/m?kN/m?kN/mỶkN/mÏ

`3 5

kN/m?

:hệ số quá cô kết OCR =: khả năng chống uốn của tường mặt: hệ số Cr

: hệ số an toàn khả năng chịu uốn của tường: lực kéo dau thanh soil nailing

: cường độ chiu kéo cực đại của định neo

: số đỉnh neo trong một chỉ tiết nối: diện tích mặt cat ngang của định neo: chiều day đầu đỉnh neo

: đường kính đầu đỉnh neo

: đường kính thân định neo

: áp lực tĩnh của đất: hệ số áp lực hông: hệ số áp lực đất chủ động: hệ số áp lực đất bị động

: áp lực đứng do trọng lượng bản thân gây ra

PeP

: áp lực tiền cố kết của mẫu đất: áp lực thăng đứng hữu hiệu: dung trọng của đất sau lưng tường chắn sau khi đầm: dung trọng của cát trong trường hợp xốp nhất

: cường độ của áp lực đất tĩnh: cường độ của áp lực đất chủ động: sóc ma sat ngoài của đất

: sóc nghiêng mái đất

: goc tao bởi phương mặt trượt BC và phương ngang: mô đun Young

: hệ sô Poisson

Et kN/mÏEr! kN/m?

PI

Ơ, kN/m°om kN/m?

: độ cứng dỡ tai/ nén lại

: hệ số Poisson giở tải/ nén lại:: ứng sat tham chiếu cho độ cứng:: tỉ số phá hoại q/da

: sức kháng mũi trong thí nghiệm CPT

: ứng suất trong đất theo phương đứng: hệ số phụ thuộc loại đất và hình dạng mũi xuyên: chi số dẻo của đất

: ứng suất tiền có kết: ứng suất cô kết hữu hiệu trong thí nghiệm CU

Oo voØP

: hệ sô chông kéo

: đường kính lỗ khoan

1 Đặt vẫn đề

Trong những năm đầu của thế kỷ 21, Việt Nam đang trên đường hội nhập nềnkinh tế thế giới Van đề cấp thiết hang đầu là chúng ta phải biết ứng dụng những thànhtựu khoa học kỹ thuật của thế giới trong công cuộc xây dựng đất nước cho xứng tầmvới tiễn trình phát triển chung của toàn nhân loại Nhiều công trình cơ sở hạ tầng đượcthực hiện để phục vụ cho quá trình phát triển sản suất, bên cạnh đó cũng xây dựng cáccông trình phục vụ cho nhu câu sinh hoạt xã hội

Do quá trình đô thi hoá nên mật độ dan số ở các đô thị lớn ngày càng đông, đểmở rộng diện tích sử dụng cho các công trình người ta quan tâm nhiều đến không giandưới đất dé xây tầng ham Trong quá trình thi công tang hầm cho các công trình van déđược quan tâm nhiều nhất là mức độ 6n định của hỗ dao và các công trình lân cận

Tuy theo điều kiện cụ thé của mỗi công trình mà có giải pháp giử thành hố đảohợp lý Đối với những công trình được xây trên nên đất tốt, mặt bằng xây dựng rộngrãi, ít bị ảnh hưởng bởi các công trình lân cận thì giải pháp dùng Soil nailing để 6nđịnh hố đào là phù hợp Vì vay, tác giả đã tiếp cận công trình Bệnh viện Đại học YDược TPHCM để thực hiện đề tài “Nghiên cứu ốn định hồ đào sâu bằng giải pháp

trong nên đất cát chặt Trong những năm gan đây soil nailing được sử dụng rộng rãi đểôn định mái đốc của hỗ đào va mái dốc tự nhiên.

2 Mục đích nghiên cứu

Mục đích là để làm rõ tính năng của soil nailing trong 6n định hỗ dao, nhằmcung cấp một cái nhìn tổng thể cho quá trình thiết kế và thi công Soil Nailing Đồngthời đánh giá mức độ phù hợp của giải pháp này cho các nền đất

3 Phương pháp nghiên cứu

Trong quá trình thực hiện các nội dung trên tác giả đã sử dụng các phương phápnghiên cứu sau:

1 Nghiên cứu về lý thuyết:— Cơ sở lý thuyết tính toán Soil Nailing, cơ sở lý thuyết tính toán kiểm tra 6n

định hồ đào, giải pháp thi công Soil nailing và tường mặt hồ đào

cho các công trình tương tự.

5 Phạm vi và giới hạn của đề tài

Trong dé tài chỉ thực hiện nội dung 6n định hố dao sâu bằng phương pháp SoilNailing mà chưa nghiên cứu đến biến dang của nền đất xung quanh hỗ đào và mức độảnh hưởng đến những công trình lân cận Bên cạnh đó, tác giả cũng chưa chưa có cơhội thực hiện quan trắc trên công trình thực tế

DAO SAU

Trong xu thé xây dựng hiện nay để mở rộng diện tích sử dụng người ta thườngchú ý đến không gian dưới mặt đất Không gian dưới mặt đất được tận dụng triệt đểcho việc xây dựng các tang hầm Trong quá trình xây dựng tầng ham van đề được cácđơn vi thi công quan tâm hang đầu đó là làm sao dé 6n định được hồ dao, khống chếchuyển vị của tường chắn trong giới hạn cho phép để không làm ảnh hưởng đến các

công trình lân cận.

Có nhiều giải pháp ôn định hồ dao, tuỳ thuộc vào các đặc trưng của công trình,điều kiện địa chất và địa điểm xây dựng mà chọn giải pháp cho phù hợp Sau đây làmột số giải pháp 6n định hé đào phổ biến

1.1 TƯỜNG COC CHÓNG (SOLDIER PILE) [11], [15]

1.1.1 So lược về tường cọc chongBao gồm các loại dam thép hình như: dầm chử H, chử I Trong đó dầm chử Hđược sử dụng nhiều nhất Trình tự thi công tường cọc chống như sau:

1 Thi công cọc, lắp các tam chèn giữa các cọc và lấp lỗ hở giữa cọc và tamchắn

2 Lap đặt dầm ngang tại vị trí thiết kế, đào đến độ sâu thiết kế và thi công công

(theo Chang -Yo Ou, Deep excavation theory and practice, 2006.)

O Ưu điểmThi công dễ dàng và nhanh chóng, giá thành thấp, sau khi thi công xong hầmcọc được nhé lên rất dễ.

Ít làm xáo trộn đất hơn khi nhé cọc nếu so sánh với tường cọc bảnCó thể tăng cường độ mũi cọc khi thi công trong đất sạn sỏi, dùng đượcnhiều lần

Khuyết điểmDễ bị thâm, cần có giải pháp thoát nước khi thi công trong dat hạt có mựcnước ngầm cao

Gây ồn khi đóng cọc, có thé gây lún sau khi nhồ cọc, cần lấp lỗ trống giữatường cọc chống va đất xung quanh Khi nhồ cọc gây xáo trộn đất

1.2 TƯỜNG COC COT (COLUMN PILE) [11], [15]

1.2.1 Sơ lược về tường cọc cộtGiải pháp xây dựng cọc xung quanh hỗ đào dé làm tường vây được thực hiện

theo hai phương pháp là đúc trước hay đúc tại công trường.

Phương pháp đúc tại công trường có thé chia ra làm các loại nhỏ như sau:

khoan lỗ bằng mũi khoan xoắn, vữa được lèn chặt vào lỗ khoan khi rút cần khoan.Sau khi khoan xong thì lắp lồng thép hay thép hình chử H vào trên đỉnh Phươngpháp nay chỉ thực hiện với tiết diện 30 - 60 cm, độ thăng đứng và độ kín nước khó

đảm bảo.

Hình 1.4 Qui trình thi công cọc lèn tại chỗCoc bê tông: dùng cọc bê tông khoan nhéi dé làm tường vây, phương pháp này cógiá thành cao nhưng có thể áp dụng được trong vùng đất hạt to Đường kính từ 60 -

200 cm.

Coc xi măng trộn đất: phương pháp coc xi măng trộn được gọi là MIP (Mixed in

place pile) hoặc SMW (Soil mixed wall).

ra "4 “

|

ei>

(a) (b) (c) (d)Hình 1.5 Thi công cọc trộn đất, (a) trộn và phun vữa (MIP), (b) trộn đến độ sâu thiết

kế, (c) rút can trộn đồng thời phun vữa, (đ) trộn xong

(theo Chang -Yo Ou, Deep excavation theory and practice, 2006.)

(theo Chang -Yo Ou, Deep excavation theory and practice, 2006.)

1.2.2 Ưu và khuyết điểm của giải pháp tường cọc cộto Ưu điểm

- It gay ồn va chan động khi ha coc, dé hiệu chỉnh độ sau, độ cứng lớn hơn coccột và cọc ván thép, dùng dụng cụ khoan đặc biệt có thể khoan trong đất sạn

SỎI.

— Không có hiệu ứng vom, thời gian thi công dai hon coc cột va cọc van thép

— Độ cứng thấp hơn tường vây, dễ bị khuyết tật trong quá trình thi công1.3 TƯỜNG VAY (DIAPHRAGM WALL) [11], [15]

1.3.1 Sơ lược về tường vayTường vây được sử dụng đầu tiên vào những năm 50 của thế kỷ trước, sau đóđược sử dụng rộng rãi trên thế gi01 Đầu tiên là công tác khoan tạo lỗ sau đó là đặclồng thép và cuối cùng là đồ bê tông cho tường Tường vây là giải pháp giử thành hồ

đào có độ cứng và độ kín nước cao nhât.

Hình 1.8 Thi công tường vây, (a) Khoan tạo lỗ, (b) đặt lồng thép

Có nhiều giải pháp ôn định hố đào Mỗi giải pháp điều có những ưu và khuyếtđiểm riêng Việc lựa chọn giải pháp nào là còn phụ thuộc vào nhiều yếu tổ như:

- Điều kiện địa hình, dia chất và thủy văn.- _ Điều kiện kinh tế

- Dac trưng của công trình.

CHUONG 2 CO SO LY THUYET TINH TOAN SOIL NAILING

VA TUONG BAO

2.1 PHAN TÍCH ON ĐỊNH TƯỜNG SOIL NAILING

2.1.1 Su truyén tai lén twong soil nailingTải trọng truyền lên soil nailing trong các giai đoạn thi công như sau [9]:- Khi đào xong giai đoạn 1 và chưa lắp đặt nail, thành hỗ dao vẫn 6n định do

độ bền của đất được huy động dọc theo mặt trượt.- - Khi thi công xong lớp nail 1 và tường tạm, tai do biến dạng của đất được

truyền lên nail thông qua ứng suất cắt và được chuyển thành lực kéo dọc trụctrong nail Lúc nay tường tam có vai trò liên kết các nail và giử ôn địnhthành hồ

Biểu đồ phân bố lực dọc trục lên

Tx lớp nail 1 qua các giai doan đào

x, ⁄ ⁄

⁄Z⁄avo

_4 Dao giai đoạn N Lớp nail N

Hình 2.1 Huy động lực doc trong soil nailing(Geotechnical Engineering Circular No.7 - Soil Nail Walls)

- Khi dao giai đoạn 2, thành hố đào chuyển vị theo phương ngang Lúc nàyphát sinh mặt trượt mới Khi thi công xong lớp nail 2 và tường tạm nối lớp

nail 2 và 1 thì chuyến vị của lớp đất đào trong giai đoạn 2 làm phát sinh tải

trọng cho lớp nail 2 và làm tăng tải cho lớp nail 1.

- Khi chuyến vị ngang tăng thì ứng suất cắt của đất cũng tăng do đó lực kéođọc trục của nail cũng được huy động Khi chiều sâu hỗ đào tăng thì ứngsuất kéo của lớp neo phía gần đáy hồ tăng trong khi đó ứng suất của lớp nailphía trên lại giảm do sự phân bố lại ứng suất

2.1.2 Trạng thái giới hạn

- hc a Cường độ

Cường độ của ý à , cla đất

đất tại day tee eae”

(a) (b) (c)Hình 2.2 Phá hoại bên ngoài vùng có soil nailing (a) Mat ôn định tong thé, (b) Mat ồn

định do trượt, (c) Mất ôn định do tréi

(Geotechnical Engineering Circular No.7 - Soil Nail Wallsss)

Hình 2.3 Phá hoại bên trong vùng có soil nailing (a) Phá hoại liên kết giữa soil nailingvà đất, (b) Phá hoại liên kết giữa thanh soil nailing va vữa, (c) Phá hoại do vượt quagiới hạn chiu kéo của thanh soil nailing, (d) Phá hoại thanh soil nail do tổ hop mô men

và lực cắt (Geotechnical Engineering Circular No.7 - Soil Nail Walls)

’ — ` : ——

L] Ề J —_ ¬

(a) (b) (Cc)Hình 2.4 Phá hoại tường shotcrete (a) Tường chotcrete bị uốn, (b) Luc cắt gây chọc

thủng, (c) Phá hoại do vượt quá cường độ định neo(Geotechnical Engineering Circular No.7 - Soil Nail Walls)

Trong phân tích soil nailing người ta quan tâm đến hai trang thái giới han [9]:

¢ Trang thái giới hạn cường độ: phá hoại qua ba hình thức- Pha hoại bên ngoài vùng có soil nailing

- Pha hoại bên trong vùng có soil nailing- Pha hoại tường mặt

© Trang thái giới hạn sử dụng: xảy ra khi chuyển vị vượt mức cho phép nhưngcông trình vẫn còn Ổn định

2.1.3 Ôn định tổng théĐề đánh giá 6n định tổng thé của tường soil nailing thông thường dùng lý thuyếtcân bằng giới hạn [9] Trong lý thuyết cân bang giới han, khối trượt được xem như làmột khối cứng, lực trượt và mô men phát sinh dọc theo mặt trượt Trong đó mặt trượtlà mặt đạt trạng thái tới hạn (có hệ số an toàn thấp nhất) Có rất nhiều lý thuyết về hìnhdạng mặt trượt trong đó bao gém: (1) mặt trượt là mặt phăng (Sheahan and Oral, 2002),(2) mặt trượt là mặt tuyến tính hai chiều có nêm trượt (German method as in Stocker va

cộng sự, 1979; Caltrans, 1991), (3) mặt trượt là parabol (Shen và cộng sự, 1981a), (4)

mặt trượt là mặt xoăn (Juran và cộng sự, 1990), (4) mặt trượt có hình vòng cung

(Golder, 1993).

Hệ số an toàn ôn định tong thé [9], [13] [14]

FS,, = Lực chống trượt/ Lực gây trượt (2.1)

> Lực dọc = (W+Q, )cosy + Tyo cosy - )-N, =0 (2.2)

> Lực tiếp tuyến = (W+ Q, )siny - Tyg siny -i) - S, =0 (2.3)

a : góc nghiêng cua tường

: độ dốc mặt đất sau lưng tường®’ : góc ma sát trong hữu hiệu của đất

yw: óc nghiêng cua mặt phá hoại| : độ nghiêng cua nail

Lp chiéu dai mat truot

W_ : trọng lượng khối đất bị trượtQO, : tải trọng trên mặt đất sau lưng tường

T;„ : lực nail tương đương

N, : lực dọc trên bề mặt trượtS, :lực cắt trên mặt trượtR : lực dính của thành phan S„Rọ : lực ma sát của thành phan S„Từ FS, (bảng 2- 1) ta tính được lực kéo yêu cau của nail T và kích thước nail.2.1.4 Ôn định trượt

Phân tích ôn định trượt của tường soil nailing giéng như phân tích 6n định trượtcủa tường chăn trọng lực, sử dụng lý thuyết áp lực đất của Rankine và Coulomb Khốiđất được giới hạn trong vùng tường soil nailing được xem như là một khối cứng chịuáp lực đất sinh ra ở phía sau Hiện tượng trượt có thể xảy ra do áp lực đất tăng, phát

sinh từ giai đoạn dao [9].

, , R

Hệ sô an toàn chong trượt FS., = DR: g ƯUC SL » DSR = c,B, +(W+Q, + P,sinB )tang,» D = P,cosB

Trong do

P, : ap lực đất chủ độngH : chiều cao tườngAH_ : chiều cao mái dốc của mặt đất sau lưng tường

OL : móc nghiêng của tường

: độ dốc mặt đất sau lưng tườngB., : độ dốc tương đương

o mái dốc gãy B.„ = tan '(AH/H),o mái dốc vô han B.„ =B

6 : sóc nghiêng của tường so với phương ngang 0 =a +90°

C, : lực đính của đất doc theo mặt trượtB, : chiều dai mặt trượt

W : trọng lượng của cả khối đất và nailQ, — : phần lâu dài của tong tải trọng QO,

: góc ma sat trong hữu hiệu của đất tại mặt trượto' : øóc ma sát trong hữu hiệu của đất sau khối trượtồ : ma sát giữa tường và đất

y* : khối lượng riêng của khối đấtH, : chiều cao hữu hiệu của áp lực đất

K, : hệ số áp lực đất chủ động sau lưng khối trượt

Như được thé hiện trong hình, trong lượng dat phía trên đáy hỗ đào (mat abc) cóthé được xem là tải trọng gây ra phá hoại trong hố đào Giả sử chỉ có khối lượng đấtbên trong tiết diện có chiều rộng là B, gây ra phá hoại Chúng ta có thé xác định được

tải trọng tới han theo phương pháp xác định sức chịu tải giới han của Tarzaghi, có xét

đến sức kháng cat của đất dọc bd Hệ số của sức chịu tải giới hạn và khối lượng củakhối đất có chiều rộng B; là hệ số an toàn chồng phá hoại bề mặt Khi độ sâu hỗ đàotăng thi giá trị B, tăng Khi độ sâu hỗ đào tăng đến một giá trị nào đó thì khối đất cả haibên thành hỗ đào đều gây ra phá hoại, lúc đó hệ số an toàn chống đây nỗi đáy hỗ đào lànhỏ nhất và bất lợi nhất [12]

(b)

(c) (d)

Hình 2.7 Phân tích trượt trồi đáy hồ dao bằng phương pháp khả năng chịu tảiTrong trường hợp sức kháng cắt S, của đất không đổi, theo phương pháp khanăng chịu tải chúng ta có thé tìm được mối quan hệ giữa mặt phá hoại kinh nghiệm(đặc trưng bởi X/H,) và hệ số an toàn Theo Deep excavation theory and practice có

quan hệ sau:

t —" Phrreng phap vòng cung

trượt (có tinh đền sức khangth, § bên) +

3 rrT-TT-TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTZTZT—T

⁄

2

ca

—— Phirong phap strc chi tai

iL ⁄ ===~ Phương pháp sức chị tải âm _|

ye —= —= Phroeng phap vòng cung trượt

/ (bỏ qua sức khang bên)

2.1.5.2 Phuong phap cua Terzaghi

Terzaghi (1943) da chi ra rang mặt phá hoại kinh nghiệm khi B, = 42B là mặttới hạn và nó phù hợp với hệ số an toàn chống trồi đáy hỗ đào Theo lý thuyết tính toánsức chịu tải tới hạn của Terzaghi, sức chịu tải của nên sét bảo hoà bên dưới mặt ab làPrax = 5.7 Sy Khi khối lượng đất bên trên mặt ab lớn hơn sức chịu tải của đất thì sẽ xảyra hiện tượng phá hoại Bên cạnh đó, mặt phá hoại còn bị ảnh hưởng bởi lớp đất cứngbên dưới hỗ dao [12] Gọi D là khoảng cách gữa đáy hố đào và bề mặt lớp đất cứng,

phương pháp Terzaghi có thé được chia làm hai trường hợp : D > = va D< 5

42 ⁄2

Bv KhiD>-=

BTerzaghi trường hợp D > —g g hop J2

Tai trọng tới han Q, của lớp sét bảo hoà bên dưới mat ab được tính như sau :

BO, =5.7S,,(B, xl) =5.7S,, —=2 1 2 42

Khi hiện tượng trượt trôi xảy ra, mặt bc sẽ huy động sức kháng cắt S„⁄H, và hệsố an toàn chống trượt trồi đáy hỗ đào được tính như sau :

Theo Mana va Clough (1981), JSA (1988) trong mọi trương hợp F, phải luôn

luôn lớn hơn hoặc bang 1.5

2.1.5.3 Phương pháp khả năng chịu tải âm

Phương pháp kha năng chịu tai âm giả thiết rang ứng xử dở tải của công tác daogây ra giống như tải trọng hướng lên của móng sâu Do đó hình dạng của mặt phá hoạigiống như hình dạng mặt phá hoại của móng sâu [12]

Vi vậy, chúng ta có thé dùng công thức của móng sâu dé xác định áp lực dở tảigiới hạn Hệ số an toan chính là tỉ số áp lực dở tải giới hạn và áp lực dở tải

Theo Bjerrum và Eide (1956), giả thuyết răng mặt phá hoại là khi ma bán kính

Kẻ ` Lv os H B ` 4 re ` ^ A ` Lá „ Lá ` ^ Acủa cung tron băng giá tri —— la mặt tới han thi hệ sô an toàn lúc đó chính là hệ sô an

42toàn chồng trượt trôi đáy hỗ đào va được tính như sau:

Sẽ (2.8)

vH — 4,

Trong do:

qs: là phụ tai trên bề mặtN.: là hệ số khả năng chịu tải, theo Kemptom N, được tra từ phụ lục, trang 1,đỗ thị 2 - 1 hay tính theo công thức

N cree tan gular) = N ae (0.84 + 0.167)

cas TU Man very

H| —>} — |2, i, v2B,

(a) (h)

q, đụlinh buddys

f: hệ số hiệu chỉnh hình dang, tính theo công thức ƒ =1 +02, B là chiều

rộng hồ đảo, L là chiều dai hé đảo

2.1.5.4 Phương pháp vòng cung trượt

Giả sử mặt trượt trôi tại đáy hỗ đào là các vòng tròn, ứng với các cung trượt cócác hệ số an toàn chống lật Hệ số an toàn nhỏ nhất trong các hệ số an toàn chống lậtchính là hệ số an toàn chống trượt trồi ở đáy hố đào, cung tròn ứng với hệ số an toàn đóchính là mặt tới hạn Tâm của vòng tròn có thé đặt tại cây chống thấp nhất, trên đáy hồđảo hay ở bất kỳ vị trí nào Phương pháp vòng cung trượt là phương pháp giả định các

tâm của cung trượt tìm ra hệ sô an toàn nhỏ nhât Cung trượt giả định ứng với hệ sô antoàn đó chính là cung trượt tới han [12].

Cao trinh caychẳng thap nhat

(a) (b)

Hình 2.12 Phân tích hệ số an toàn chống trượt đáy hỗ dao theo phương pháp vòng

cung trượt, (a) cung trượt, (b) lực tác dụng lên khối đất tự doGiả sử mặt trượt là mặt kết hợp bởi cung tròn có tâm đặt tại cây chống thấp nhấtvà mặt phăng phía trên cây chống đó Bỏ qua sức kháng cắt của mặt bc, khối đất bêntrên cung trượt là tự do thì khối lượng của khối đất phía sau lưng tường giới hạn bởimặt be gây ra lực dẫn động làm cho khối đất bên trên mặt trượt bị trượt trồi Kho đó,sức kháng cắt của đất dọc theo mặt trược có vai trò làm lực cản, do vậy hệ số an toànchống trượt trồi ở đáy hỗ dao được tính như sau:

M, : moment uốn cho phép của tườngSy: sức kháng cat không thoát nước của đấtX: tong khối lượng của đất gới hạn bởi tường và mặt trượt đứng (mặt bc) bao

gdm cả phụ tải