Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Phân tích hiệu quả của cột đất trộn xi măng chống chuyển vị ngang của tường hố đào trong đất yếu

Nội dung: Mở đầuChương I : Tông quan về các nghiên cứu của tường chắn hé dao sâu có gia cường bang cột đất xi măngChương 2: Cơ sở lý thuyết khi phân tích chuyển vị của tường chăn hồ đào

TRAN ĐÌNH TÀI

PHAN TÍCH HIEU QUA CUA COT DAT TRỘN XI MĂNG CHÓNG

CHUYEN VI NGANG CUA TƯỜNG HO ĐÀO

TRONG DAT YEU

Chuyén nganh: DIA KY THUAT XAY DUNGMã số: 60 58 60

TP Hồ Chi Minh, tháng 12 năm 2011

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

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS LÊ TRONG NGHĨA

Cán bộ cham nhận xét 1: PGS.TS CHAU NGỌC ÂN

Cán bộ chấm nhận xét2 : TS BÙI TRƯỜNG SƠN

Luận văn thạc si được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, DHQG Tp HCMngay 5 thang 1 nam 2012.

Thành phan Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:1 GS.TS LE BA LƯƠNG - 2 PGS TS CHAU NGỌC ẨN TS BÙI TRUONG SƠN secoS)

A TS LÊ TRONG NGHIA o.oo cccccccccccecccececeeee5 TS DO THANH HẢI 22 nen sss2Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khiluận văn đã được sửa chữa (nêu có).

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyền ngành

_—=============

-0O0 -Tp HCM, ngay thang nam 2011

NHIEM VU LUAN VAN THAC SIHo va tén hoc vién: TRAN DINH TAI Giới tính : Nam M/ Nữ

Ngày, tháng, năm sinh : 21/07/1984 Nơi sinh : Tiền GiangChuyên ngành : Dia kf fhuật xây dwng MSHV: 10090339Khoá (Năm trúng tuyển) : 2010

I- TÊN ĐÈ TÀI:PHAN TÍCH HIEU QUA CUA COT DAT TRỘN XI MĂNG CHONG CHUYEN VỊ NGANG

CUA TUONG HO DAO TRONG DAT YEU

I- NHIEM VU LUẬN VAN:Nhiệm vụ: Phân tích hiệu quả của cột đất tron xi mang chống chuyển vị ngang của tường hồđào trong đất yếu.

Nội dung:

Mở đầuChương I : Tông quan về các nghiên cứu của tường chắn hé dao sâu có gia cường bang cột

đất xi măngChương 2: Cơ sở lý thuyết khi phân tích chuyển vị của tường chăn hồ đào sâu và cột đấttrộn xi măng bang phan tử hữu hạn

Chương 3 : Ung dụng cột đất trộn xi măng dé chống chuyển vị ngang cho công trìnhKết luận và kiến nghị

II- NGÀY GIAO NHIỆM VU t / /2011IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ t / /2011

V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS LE TRỌNG NGHĨA

Nội dung và Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIEM BỘ MÔN KHOA OL CHUYEN NGANH(Ho tén va chit ky) QUAN LY CHUYEN NGANH (Ho tên và chữ ky)

(Họ tên và chữ ký)

TS LE TRỌNG NGHĨA PGS.TS VÕ PHÁN

Trước tiên, xin cảm chân thanh cảm ơn quý thầy cô Bộ môn Địa cơ Nềnmóng đã nhiệt tình truyền đạt những kiến thức quý báu và quan tâm, tạo mọi điềukiện thuận lợi giúp đỡ học viên trong thời gian qua.

Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Tiến sĩ Lê Trọng Nghĩa,người đã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình và luôn quan tâm, động viên tinh than trong thờigian học viên thực hiện Luận văn Thay da truyén dat cho hoc vién hiéu duocphương thức tiếp cận và giải quyết một van dé khoa hoc, đây là hành trang qui giamà học viên sẽ gìn giữ cho quá trình học tập và làm việc tiếp theo của mình

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 Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2011

Học viên

Trần Đình Tài

Cột dat trộn xi mang da duoc su dung rong rai dé 6n định của lớp sét mềmcho những công trình dat đắp Tuy nhiên cột đất trộn xi măng cũng có thé được sửdụng cho hố đào sâu dé gia tăng áp lực đất bị động hoặc làm giảm áp lực chủ động.Trong luận văn này, đã thực hiện kết quả từ việc phân tích phần tử hữu hạn của hồdao sâu trong lớp sét Dùng cột dat trộn xi măng để làm giảm chuyển vị của tườngcũng tốt như giảm chuyển vị mặt đất trong suốt quá trình đào Việc phân tích đượcthực hiện với những chiều dày khác nhau của vùng được gia cường bang cột dat ximăng Việc phân tích đã dùng phương pháp phân tử hữu hạn (Plaxis 2D) để kiểmtra kết quả và rút ra kết luận.

Phân tích sẽ phân ra làm 3 trường hợp nghiên cứu: cột đất gia cường vùngbị động, gia cường vung chủ động va gia cường vung chủ động và bi động Trongmỗi trường hợp ta sẽ thay đổi cột dat với những chiều dày khác nhau:

- Vùng bị động thay đồi từ 2m tới toàn bộ chiều ngang công trình.- Vùng chủ động thay đổi từ 2m tới 8m

- Vùng chủ động và bị động được kết hợp tất cả các trường hợp của vùngbị động và chủ động.

Kết quả của phân tích này chỉ ra răng việc gia cường áp lực vùng bị độngsẽ cho kết quả tốt nhất với cột đất day 6 - 10m thì làm giảm chuyền vị của tường từ45.2% - 68.6%, giảm chuyển vị phinh trồi đáy hồ đào từ 10,12% - 23% và giảmchuyên vi lún của đất ngoài hồ đào từ 49.6% - 62.4%

Trong khi đó gia cường vùng chủ động va gia cường vung chu động và biđộng sẽ không cho kết quả cao về mặt hiệu quả và kinh tế

Soil-cement columns have been widely used for stabilisation of soft claybelow embankments However they can also be used for deep excavations toincrease the passive earth pressure or decrease the active earth pressure In thisdissertation, results from FEM analyses for a deep excavation in very soft clay areshown The use soil- cement columns decrease the wall deflection as well as groundsettlement in during the excavation The analysis has been performed with variedthickness of the stabilisation area by the soil-cement columns The analysis wasused the finite element method (Plaxis 2D) to check result and draw conclusions.

The analysis will be divided into 3 case studies: Soil-cement columns werereinforced the passive area, the active area and both In each case we will changethe soil-cement columns with different thickness:

- The passive area varies from 2m to entire width of the work.- The active area varies from 2m to 8m.

- The active and passive area are combined all cases of both.The results of this analysis was showed that reinforced the passive areapressure for best results with soil-cement columns thickness 6-10m, thedisplacement of the wall reduced from 45.2% - 68.6%, reducing the displacementrising of soil from 10.12% - 23% and reducing the settlement of the ground arounddeep excavation from 49.6% - 62.4%.

Otherwise, reinforcing the active area and reinforcing active and passiveareas will not high result about efficiency and economy.

Hình 1.1 Gia cường cột dat xi măng dưới đáy hố đảo eseeesseecseeesereeeeees 2Hình 1.2 Các chuyển vi của tường trong quá trình thi công - -scs s5 4Hình 1.3 Chuyển vị của tường va đất sau tường ¿+ ckcn chen Exsrrren 5Hình 1.4 Quan hệ giữa chiều sâu hố dao và chuyén vị tường -s- c5: 5Hình 1.5 Hình dạng hồ dao và các thông số cường độ dat cho hệ số an toàn 6Hình 1.6 Các dang chuyền vị của đất sau tường ¿+ 2 ket SE sxErrrree 7Hình 1.7 Phương pháp Peck (1969) - - c1 1 102012 111111111511251 1111111 1kg nhe eg 8Hình 1.8 Các vùng ảnh hưởng của chuyền vị đất sau tuONg oo 8Hình 1.9 Phuong pháp Clough và O’Rourke (1990) ước chừng chuyển vị mặt đấtHình 1.10 Vùng ảnh hưởng theo Ou (1993) và Nicholson (1987) 11Hình 1.11 Các hình dang của chuyền vị tường va dat sau tường 14Hình 1.12 Mối quan hệ giữa chuyển vị max mặt dat và độ võng tường max 14Hình 1.13 Trộn ướt CDMIand4, Nhật - 2221211112111 11111 ssè 18Hình 1.14 Tron wot Colmix, pháp 19§0 - 2c 22c 222222213155 11 15885155322 18Hình 1.15 Trộn ướt Trevimex, Ý 1980 ©5: 22 22222212212212211211221 1E xe 19Hình 1.16 Trộn ướt CDM-LODIC, Nhật 1985 - c1 2 211222222111 trào 19Hình 1.17 Ung dụng cột đất xi măng cho các công trình ¿- 5s cscxsz2x2x£2 20Hình 1.18 Thiết kế san bang cột dat xi măng cho hồ dao sâu (Shirlaw 2000b) 21Hình 1.19 Ôn định đáy hố dao bang phương pháp top-down trong đất sét (Gaba

Hình 1.20 On định với 1 lớp theo Lee và YOung c.c.cccccccccescseecsescsecsesesceeeveeeeeen 22Hình 1.21 Ôn định với 2 lớp thep Lee và Young - ¿2-2 cscv+vESEEzEEesrrsree 23Hình 1.22 Cai tạo dat bang cột đất xi măng theo Tanaka (1993) s c5: 23Hình 1.23 Chuyén vị tường theo đo đạc của Tanaka (1993) -¿ -ccsxcxczcc 24Hình 1.24 Dang đất được gia cường theo Liao va Tsai (1993) cccccccce¿ 25

Hình 1.26 Mặt băng bồ trí DMM theo Uchimaya và Kamon (1998) 26Hình 1.27 Hình dạng tường chắn DMM trong từng bước thi công theo Kamon và

Hình 2.1 Dạng phan tử hữu hạn 2D ¿+ S2 S1 SE E1 EEEE E111 18111 pH, 31Hình 2.2 Dùng những phần tử bậc cao ¿-¿- s St 1211121 18151 18111 kegrerrg 32Hình 2.3 Ảnh hưởng của điều kiện biên - - eee 1 1 1E SE grg 32Hình 2.4 Phân tử 3 nút - :55:25:S222122121121121121121121111121111011111 011101 re 33Hình 2.5 Sự mô phỏng của hố đào sâu .- 2 S2 SE EEE E2 SE sgethg 44Hình 2.6 Điều kiện biên hố đào sâu -. ¿22 2222222212112212121E1.E 45Hình 2.7 Mô hình Mohr-Coulomb - c 122222111115 11151 111111111 1kg kh y 51Hình 2.8 Mô hình Hardening-SOIÌ cccc c2 222233223135 3 158581111 seg 54Hình 2.9 Quan hệ giữa Eso Va Egy cccccccccccceecesessessesceseesceeeeeeeeeeeeseeeeeseseeeeeeseeeeeeeeees 55Hình 2.10 Biểu đồ Eo¿j” - 222 2222222212211221221122111221211112112 1 re 55Hình 2.11 Sơ đô thi công trộn ưỚI - + s s12 S111 E111111511EEEE11111111211 xe 56Hình 2.12 Các hình dạng của cột đất trộnh xi măng - - + +++ + xssseseseses 58Hình 2.13 Mối quan hệ giữa q, va N theo Nishibayashi (1985) 55s 59Hình 2.14 Mối quan hệ giữa phòng thí nghiệm va hiện trường - 59Hình 2.15 Cường độ chịu kéo 'Terashi (1980) -.- - 2222211112111 kEkkkskrses 60Hình 2.16 Cường độ chịu uốn Kitazume (2000) - c2 2E SE EEEEEEErree 60Hình 3.1 Mặt cắt địa chat công trình - c- s1 S111 E111 E8 110111 ket 64Hình 3.2 Các giat đoạn thi cÔng - c3 212112111113 112211 111111111 khen ng 65Hình 3.3 Mô hình bai toán bằng PlaxiS SE SE 1E E1 1111211111111 Errk 70Hình 3.4 Mô hình lưới phan tử hữu hạn + SE SE EEEEEEEEE S221 EExkrkrtrenu 70Hình 3.5 Trường hợp gia cố vùng bị động - c2 1115111121111 71Hình 3.6 Trường hop gia cố vùng chủ động - ST ceceesceseeesseeseeseeeees 72Hình 3.7 Trường hợp gia cố vùng chủ động và bị động - cccccccscse2 73Hình 3.8 Chuyển vị của tường khi cột dat gia cường vùng bị động (đảo -3.5m) 74Hình 3.9 Chuyển vị của tường khi cột dat gia cường vùng chủ động (đào -3.5m) 75Hình 3.10 Chuyén vị của tường khi cột dat gia cường vùng chủ động và bị động6:50 BS 76Hình 3.11 Chuyén vị của tường khi cột đất gia cường vùng chủ động và bị động6:50 BS 77Hình 3.12 Chuyén vị của tường khi cột dat gia cường vùng bị động (dao -6.5m) 78

6: 0 80

Hình 3.15 Chuyén vị của tường khi cột đất gia cường vùng chủ động và bi động6: 0 81

Hình 3.16 Chuyén vị của tường khi cột dat gia cường vùng bi động (dao -9.5m) 82

Hình 3.17 Chuyển vị của tường khi cột đất gia cường vùng chủ động (đảo -9.5m)Hình 3.18 Chuyén vị của tường khi cột đất gia cường vùng chủ động và bị động6m0 s4 84

Hình 3.19 Chuyén vị của tường khi cột đất gia cường vùng chủ động và bi động6m0 s4 85

Hình 3.20 Chuyén vị của tường khi cột đất gia cường vùng bị động qua các bước thiHình 3.22 Chuyén vị của tường khi cột dat gia cường vùng chủ động và bị động quacác bước thi cÔng C2 211111111111 1111111 1111111111111 11 1K ok ne 89Hình 3.23 Chuyén vị của tường khi cột dat gia cường vùng chủ động và bi động quacác bước thi cÔng C2 211111111111 1111111 1111111111111 11 1K ok ne 89Hình 3.24 Phinh trồi của đất khi cột đất gia cường vùng bi động - 90

Hình 3.25 Phinh trồi của đất khi cột đất gia cường vùng chủ động 90

Hình 3.26 Phinh trồi của đất khi cột đất gia cường vùng chủ động va bị động 91

Hình 3.27 Phinh trôi của dat khi cột dat gia cường vùng chủ động va bị động 91

Hình 3.28 Chuyén vị của dat ngoài hỗ đào khi gia cường vùng bi động 92

Hình 3.29 Chuyén vị của đất ngoài hồ dao khi gia cường vùng chủ động 92Hình 3.30 Chuyển vị của đất ngoài hỗ đào khi gia cường vùng chủ động va bị động

Hình 3.34 Tỉ lệ giữa chuyền vi và chiều sâu hố đào khi gia cường cột đất vùng chủđộng và bị động C2100 0101111111 1111111111111 1111111111 1k ng 95Hình 3.35 Tỉ lệ giữa chuyên vi và chiều sâu hố đào khi gia cường cột đất vùng chủđộng và bị động C2100 0101111111 1111111111111 1111111111 1k ng 96

082700 a I1 Tính cấp thiết của đề tdi ccc SE TK TT HT kg hư tưng 12 Mục đích nghiên cu của đ tài À 2 cv 1E kE TT KH ng Hy Hư go 23 Phương pháp nghiên cứu của để từi cv k HH HH rưệt 2

4 Ý nghĩa khoa học của dé tài c1 S TK HT HT ng de 3

5 Giá trị thực tiễn của Me từi - - ccnkH kSSk KH KT TT HT kiệt 36 Pham vi nghiên cứu của dé Ồi Ác vn kg Hưng 37 Hạn chế của đề tài - H13 v1 TH v19 K1 KT ng KH 3CHƯƠNG 1: TONG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU CUA TƯỜNG CHAN HO

ĐÀO SÂU CÓ GIA CƯỜNG BẰNG COT ĐẤT XI MĂNG - 4

1.1 Những kết quả nghiên cứu và do ẠC - cv Sky he 41.1.1 Chuyển Vị CU tU01g - ác LH HE KT TH ng HH TH Hi th chưng 4

1.1.2 Chuyển vị của đất xung quanh hồÃÌO - + tt SềeEeksEEreesseesrskd 7

1.1.3 Chiều sâu tường đưới đáy hối đàO ck ke 111.1.4 Mối quan hệ giữa chuyển vị mặt đất và chuyển vị tường 12

T.1.5 NỘI [MC tr Ong THỜNG, HH TH KT TK TT xa 16

1.2 COt dGt trON Xi MAN 1n nngt ciiaaảỤ 181.2.1 Sơ lược về cột đất trộn Xi HĂNG ác LH KT HH HH Hy hết 18

1.2.2 Những kết quả nghién CUU c c3 E123 EE SE Skssekerreeerd 21

V3 KOC UGN NEEEREhh.= 28CHUONG 2: CO'SO LY THUYET KHI PHAN TICH CHUYEN VI CUA

TUONG CHAN HO DAO SAU VA COT DAT XI MANG BANG PHAN TUHHUU HAN eeseccsssscsesecsesessessevesessenssuesssueeseseeesuesuesesesneseenseseneeseeseneseeneeneassnenseneeee 30

2.1 Phần tt WitU ÏLQTH À G1 21K TK kg ng TH kg kiệt 302.2 Rời rạc PHAN ẨHỬ Ặ L1 T kg Hưng ưng tr 312.3 Chuyển vi GAM AUN ooieececcccccccccccccscssscssscesscesccsscessecsecsscssesseseaseesseseeasenees 332.4 Phương trình phan tỨ À À cv TT ng Hưng cưng 342.5 Phân tích ting suấtT FỔTHg - Ác SH ĐT KH Hà in nh 37

2.7 Phân tích thoát nước và không thoát HưỚC c7 Ặ c2 SS2 4I2.7.1 Ứng xử không thoát HỚC kề TT HT TT HH ng tr ng ưệt 422.7.2 Ứng xử không thoát nước trong PÏQXỈS Sách ererskg 43

2.8 Điều kiện biên hỗ GO SÂ À G11 TK TH kg su 452.9 Phương pháp phân tích hố đào SÂU SG S1 SH nh hệt 46

2.9.1 Phân tích trực tiếp và phân tÍCh 'gWỢC c 5c vssskeseeeed 46

2.9.2 Phân tích ứng suất tong và ứng suất hữu hiệu 5 55s Scc<S: 47

2.9.3 Phân tích thoát nước, không thoát nước và phân tích thoát nước mot

772.5 46

2.10 MO hinh Molir-COHÏOTHLP, vn TY ng ng khu 492.101 MOU Ï⁄ và 502.10.2 Thông số Ko và c + E236 E191 1251131551153 E155E E511 Exkrrrd 522.10.3 Hệ SOG: vocccccccccccccccsccccccscssssscssssccsssssessessssssssssesssscessscsessesstseseseseaess 522.II Mô hinh Hardening SolÏ Ă cc ccc nsesceececeeeeeceesensaaeneeeseeeeeeeeees 532.1L] MOU Ï⁄ Gv và 532.11.2 Hệ số poisson’ s gia tải và AO ti Vipeccccccecccccccsseccscessesssessesssesssesesssessees 552.11.3 Hệ số cố kết thƯỜng KO cecccccccesetcesesecnecseceeeceeeseeneeseeecsenensenaeeseenes 322.11.4 Hệ SOA Ì c 2c E1 1E 18193 8191 1111 K11 1kg ng TH 32

3.1 Tổng quan về CONG frÌHÏH Ặ LH vn KH HH hưng kh 62

3.2 Các Bidi MOAN EÏHÍ CÔHØ ST TS TH HS HH HH cv ngu cra 64

3.3 Mô hình bài toán và các thông số đầu vào các Set ch 65

3.4 Mô phỏng bài toán trong PÏXLS à TT ST S SH khen 693.5 Mô phỏng trình tự thi công trong PÏdXiS cc ccsesccsseesenseenseees ó9

3.6 Các trường hop gia cốbằng cột đấT xỉ HĂNG, St hd 703.7 Chuyển vi của tường qua các giai đoạn đàO0 Ác St tsked 73

3.7.1 Trường hợp thi công đào đến độ sâu - 3, 51M iecccccccccccccccscscesssessssesessseessees 733.7.2 Trường hợp thi công đào đến độ sâu -Õ, ŠI - -cc 5s Sxcsseecea 773.7.3 Trường hợp thi công đào đến độ sâu -9,Šm -cccSccscc se csseeeea 8]

3.8 Chuyển vị của tường trong các trường hop thi CON cc sec 853.9 Chuyển vị phinh trồi của đất ở đáy hố đào ở giai đoạn đào -9,5m 90

3.10 Chuyển vị thang đứng của đất xung quanh hồâo 6 giai đoạn đào -9.5m 92

3.11 Tỉ lệ giữa chuyển vị và chiều sâu của hố đào với các trường hợp gia

(¡7/)x/1-8EEEEERREEEEEEEeeeauẮẼ ồ› d4 94

3.12 KếT WGI ceccccccccccsescssssssesssessesssesssecssuessvecesucsruccsuessucssasssuessuesssuessvesasecsueeanes 96KẾT LUẬN VÀ KIEN NGH [uccsccccccssscssscssscssssssssesssesssecssscssscssseessvssuesaressuvssseeesves 981 Kt LUG eee ccccccccccseccccessccssscecesscessccssnscssaecenseccessescusesetsceeaaeesseeneeeesaseens 982 Kiến Nghhị ng HH HH tre 99

TÀI LIEU THAM KHAO uoccccccccccccscssccscscssssesessscsvsvesesvecssesssssvsreseavevevaeressevevereavs 100

MO DAU

1 Tinh cấp thiết của dé tàiTình hình dân số ngày càng tăng và tập trung nhiềuở các thành phố lớnnhư: Thanh phố Hồ Chí Minh, Hà Nội, Cần Thơ Do đó cần nhiều dịch vụ cầnthiết phục vu cho sự gia tăng dân số như vậy và một trong những vandéd6 là chỗởcho người dân vì thế mà có nhiều chung cư cao tầng, cao ốc được xây dựng lênvới nhiều tang hầm phục vụ cho sự an toàn vadi lại người dân mà hầu nhudiachấtở các thành phố lớn của ta đều rất yếuđặc biệt là thành phố Hồ Chí Minh vàCần Thơ do đó vandédat ra là phải có giải pháp móng hợp lý cho công trình vớinhiều tầng hầm như vậy mà biện pháp thi công nhanh và an toàn nhấthiện nay làsử dụng tường vay trong quá trình thi công, điều này sédam bảođộ bền cho chính

công trình cũng như các công trình lân cận.

Vấnđề về hốđào sâu cũngđã được tìm hiểu bởi nhiều nhà nghiên cứu trongnhiều năm.Tuy nhiên trong những thập ky qua sự hiểu biết vềứng xử của đất nénvề căn banda tăng lên.Điều này, kết hợp với kha năng sử dụng những kỹ thuậtmới trong quá trình thi công của hốđào sâu đã đượcđề ra nghiên cứu và phân tíchvà một trong sốđó là sử dụng cộtđất trộn xi măng để gia cường chống chuyển vị

của tường dướiđáy hốđào sâu khi tường cắm sâu vàođất yếu, khi tường cắm sâu

vàođất yếu thì kha năng chuyển vi của tường sẽ tăng lên, xétđến yếu tố này thìcộtđất trộn xi măng là yếu tố hàngđầu vi kha năng thi công tiện lợi, độ bền cao,

chi phí thấp

Khi một kết cấu chắn giữđất tạm thời, chẳng hạn như hệ tường vây đượcthiết kế thì yếu tốan toàn phải là ưu tiên hàngđầu Tiếptheođó là yêu cầu về hiệuquả kinh tế cũng ngày càng gắt gao, điều này dẫnđến nhu cầu phải dựđoán chínhxác hơn nữa chuyển vị của đất nền và tăng kiến thức của việc thiết kế những kết

cấu chống giữ tạm cũng như lâu dài cho công trình

- Phân tíchứng xử chuyển vị, nội lực của tường vây và chuyển vị củađấtxung quanh tường trong đất kết hợp cộtđất trộn xi măng để gia cường chuyển vị

của tường dướiđáy hốđào.- Ung dụng vào việc tính toán thiết kế ổnđịnhchuyển vị của

tườngvàđấtxung quanh hốđàocho công trình có hai tầng hầm, chiều sâu hốđàokhoảng 10m, tường có chiều dai trong đất yếu lớnđể cắm vàođất tốt nên được giacố bằngđất trộn xi măng để hạn chế chuyển vị của tường dướiđáy hố đào

GG†1E2ait XI Mang

Hinh1.1 Gia cường cộtđất xi măng dướiđáy hốđào

3 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về chuyển vị, nội lực tường vây và chuyển vị

của đất xung quanh tường.Nghiên cứu ảnh hưởng phamvi của tường vây đếnđất xung quanh trên vàdưới tường.

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về hàm lượng, modun đàn hồi và chiều dàyhợplý của cộtđất trộn xi măngđể hạn chế chuyển vị của tường vây

Mô phỏng bằng phần mềm Plaxis để phân tích chuyển vi của tường, phinhtrồi củađấtởđáy hốđào và tỉ lệ giữa chuyển vi của tường và chiều sâu của hốđào

trong đất yếu.4 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Tìm hiểu được chuyển vị, nội lực của tường và chuyển vị củađất xungquanh tường từđó phân tíchđánh giá ảnh hưởng của tườngđếnđất nền xung

quanh.Phân tích đượcứng dụng cộtđất trộn xi măng trong việc gia cường tườngdướiđáy hốđào

5 Giá trị thực tiễn của đề tài

Phương pháp này sẽ giúp hiểu rõ véting xử của tường trong quá trình thicông hố đào với phương pháp cộtđất trộn xi măngđể hạn chế chuyển vị củatườngdướiđáy hốđào khi tường cắm sâu trong đất yếu, từđó có thểđánh giá vàđưara ý kiến về chiều dày của cộtđất trộn xi măng để hạn chế chuyển vị tường, tiết

kiệm chi phí mà vanddm bảo tường lầm việc trong giới hạn an toàn

6 Phamvi nghiên cứu của dé tàiPhương pháp cộtđất trộn xi măng được sử dụng như thanh chống ngang đểhạnchế chuyển vị của tường dướiđáy hốđào để tường làm việc ổn định không gâyhư hai cho công trình Pham vi nghiên cứu củađề tài chỉ giới hạn trong một số

loaiđất yếu và chủ yếu gia cường cộtđấtở vùng áp lực biđộng( dướiđáy hốđào),vùng áp lực chủđộng ( bên ngoài hốđào),và bên trong lẫn bên ngoài, do đó việc

vận dụng phương pháp vào các loaiđất khác trước tiên cần xem xétđiều kiện yếu

tố liên quan và hiệu quả kinh tế

CHAN HODAO SÂU CÓ GIA CƯỜNG BẰNG CỘTĐẤT XI MĂNG

1.1 Những kết quả nghiên cứu vàđo đạc

1.1.1 Chuyển vị của tườngDướiđây là chuyển vi của tường trong lúc thi công giai doandau và thi

công giai đoạn sau cùng.

giaidoandaugiaidoan cuối

Hình 1.2 Các chuyển vi của tường trong quá trình thi côngNếu A,>1,6A, thì chuyển vidat sau tường có dạng lõm

- Theo Goldberg (1976),do đạc trên 63 trường hợp lịch sửthìcho rằng

chuyển vị tường trong đất cát và sỏi sạn hoặcđất sét cứng hoặc rất cứng thìthườngít hơn 0,4% của chiều sâu hốđào Những kết quả của họ cũng chỉ ra rằngchuyển vị tường của hốđào sâu trong sét mềm thì khoảng 1% chiều sâu hốđào

- Theo dữ liệu của Moormann(2004) thực hiện trên 530 công trình trong

sét mềm (c,<75 kpa) Chuyển vị ngang lớn nhất của tường (ở,„) thì khoảng giữa0,5%H và 1%H (với H là chiều sâu hốđào), vị trí chuyển vị ngang lớn nhất thì

khoảng 0,5H tới 1H bên dưới mặtđất

H [m]: chiéu sâu hốđàot [m]: chiéu dai tường dưới hốđàoN: số lớp thanh chống

max

uTM*, [m]: chuyển vi max tường phương ngang

max

uTM*, [m]: chuyển vidat max phương đứng

Hình 1.3 Chuyển vị của tường và đất sau tường

Chuyển vị ngang tường max [cm]

20

15 4

10 +

An

Chiều sâu hố đào `

Hình 1.4 Quan hệ giữa chiều sâu hốđào và chuyển vị tườngChuyển vị của tường phần lớn phụ thuộc vào hệ thốngthanh giằng

Theo Ou, C.Y(1993)đã thực hiện trên 10 trường hợp lịch sử cho hốđào sâu

ở Tapei cho rằng mối quan hệ giữa chuyển vị lớn nhất mặtđất vào khoảng 50%

tới 70% độ võng tường lớn nhất vàđộ võng tường lớn nhất thì khoảng 0,2% tới

0,5% chiều sâu hốđào

-Theo Winter, E(1992)da thực hiện trên hốđào 10m dùng tường slurry có

nhà thờ bên cạnh cho rằng chuyển vị lớn nhất của tường theo phương ngang vàokhoảng 0.15% chiều sâu hốđào

-Phương pháp Clough (1989)đề xuất trên bán thực nghiệm về chuyển vịtrên lớp sét là chuyển vị lớn nhất của tường (ở,„„)đượcđánh giá từ mối quan hệ

Trong đó:

Suu là sức chống cắt không thoát nước củađất phía trên đáy hốđào.Sup là sức chống cắt không thoát nước củađất phía dướiđáy hốđào

-Theo Clough và O’Rourke(1990) chuyển vị tường lớn nhất vào khoảng0,2% chiều sâu hốđào

-Theo Hashash(1992)nếu hệ thống thanh chống tốt thìtỷ sốgiữachuyển vị

` “% ~Z ` - À ^ ~Z ` fe) ~Z ^ ~Z

tường lớn nhất và chiều sâu hốđào—" > 0,5% ngược lại nếu hệ thống thanh

, oc A ee 0 a

chống nhỏ thì hệ số tăng từ > 1,5% tới 2%.

1.1.2 Chuyển vị của đất xung quanh hồ đào

Chuyển viđất xung quanh hốđào có 2 loại : loại chuyển vị lớn nhấtở sátthành hốđào (Spandrel) và loại chuyển vị có đường cong lõm (Concave)

[— Tường

/ | — =

\ | —_ Dang lõmH, ` — — Dạng chuyển vi max gần tường

Hinh1.6 Các dạng chuyển vị của đất sau tường- Theo phương pháp Peck(1969) dùng phương pháp thực nghiệm.Chuyểnviđất lớn nhất của sét mémdén rất mềm thì khoảng 1% của chiều sâu lớn nhấthố đào Vùngnàythì khoảng 2 lần chiều sâu lớn nhất hốđào.Theo Peck chia làm 3

vùng.

s Vùng 2: a/ Sét rất mềmđến mềm& - Giới han chiều sâu lớp sét bên dưới hốđào

0 Cohesionless Sand 39 - 47 Chiều sâu bên dướiđáy hố đào với Np>Nep

- Theo phương pháp Bowles(1988)

vn

AV, | 2 sarge weVdid,, = 5 là chuyển vidatlén nhất

Trong đó D=(H, + H,)tan(45—S—) là vùng ảnh hưởngtheo Caspe (1966)

H, là chiều say hốđào, Hạ là bề rộng hốđào

Vớiđất cát H, = 0,5.B.tan(45 tô)

2

6, = 5-5] là chuyển vịiđấtở cách tường

Với D-x là khoảng cách từ tường

- Theo phương pháp Clough và O’Rourke(1990) chuyển vị mở rộng từ 2H,

và 3H, cho đất cát và đất sét cứng đến rất cứng

Nếu biếtö,„ thì những vị trí khác có thể tínhđược, ngoài ra trên biểuđồ của

Peck thì Clough và O’ Rourke cho rằng vùng ảnh hưởng chính (Primary influence

zone) thì khoảng 2 lần chiều sâu hốđào(2H,) thì chuyển vị vào khoảng 0,1ố, „còn

vùngảnh hưởng thứ cấp (Secondary influence zone) thìít ảnh hưởng nên vào

khoảng 4H,.

là `

chuyển vi

Sét mềm đến vừaHình 1.9 Phuong pháp Clough và O’Rourke (1990) ước chừng chuyển vị mặt đất

- Phương pháp Ou(1993) dựa trên 10 trường hợpở Taipei (Han Quốc) là

chuyển vid khoảng cách giới hạn sau tường thì không đều và gia tăng theo chiềusâu hốđào Vùngđó được gọi là vùng ảnh hưởng (AIR), chuyển vị ngoài AIR thìkhông đáng kể

@

AIR=(H, +H, )an( 45 - 4 <(H,+H,)

Với H, là chiều sâu hốđào, H; là chiều sâu tường cắm vàođất

- Theo dữ liệu cia Moormann(2004)da thực hiện nghiên cứu trên 530

trường hợp chuyển vi củađất do đào sâu trong sét mềm (c„< 75kpa) Chuyển

vilớn nhất theo phương đứng của bề mặiđất sau lưng tudng(6,,) nằm trongkhoảng 0,1%H tới 10%H trung bình trong khoảng 1,1%H, chuyển vị xảy ra 6khoảng cáchít hơn 0,5%H sau lưng tường nhưng có nhiều trường hợp trong sétmềm khoảng cách này lên tới 2H, với H chiều sâu hốđào.

- Theo Ou (1993) va Nicholson (1987) chuyển vị lớn nhất của mặtđất trongđường cong chuyển vị lõm thì bằng nữa chiều sâu màtạiđóđộ võng tường lớnnhất.Theo Ou (1993) trong nhiều trường hợp thìđộ võng lớn nhất của tường thìgânđáy hốđào, vì vậy chuyển vị lớn nhất của matdat thì bằng nữa chiều sâu

hốđào (H,/2)

ồ v/ Ovm

Hinh1.10 Vùng ảnh hưởng theo Ou (1993) và Nicholson (1987)

Trong nhiều trường hợp Clough và O’Rourke (1990) thì cho rằng chuyểnvị mặtđấtở gần tường thi trong phamvi từ0,5ổ,„ tdi0,75,, (vớiổ,„ là chuyển vị lớn

nhất)

1.1.3 Chiều sâu tường dưới đáy hố đàoDựa trên nhiều nghiên cứu của Woo và Moh (1990) thì tỷ số của chiều dàitường và chiều sâu hốđào vào khoảng 1,6 tới 2.2 ( còn phải dựa vào tangdat)

1.1.4 Mối quan hệ giữa chuyển vị mặt đất và chuyển vị tường-Theo Mana và Clough(1981) cho rằng trong hầu hết trường hợp thìchuyển vị lớn nhất của bề mặtđất bằng (0,5-0,7) chuyển vị lớn nhất của tường

5, =(0,5—0,7)Ö„„Các trường hợp chuyển vị của đất và tường

Độ võng tường cm) Khoảng cách từ tường (m)

15+ CL

3 (u=32~40120+ PI=9~23

Độ võng tường Khoảng cách từ tường (m)

Depth (m)

Depth (m)

1015202530354045=

ML-CL a 4w=28~36% ‘ te

\=J90v ———— Clough & O'Rourke(1990)

" —— This studyGravel

Su=95kPa \ \ ~Z”

Strut — “zSilty,ver \ y 1“

sandy cla \ ứSu=60~100kPa ) da

\

z@—\_ | H +6

\

/ 8Silty clay 10W=25%

mà — — Measurement

S =100 - Peck(1969)1 1801P | — — Bowles(1986)

a — Clough & O'Rourke(1990)

— — This study

— — Stage 2— Final stage

Depth (m)

on

10

}-2030

+6

48~10= — — Measurement

_ Peek(1969)— — Bowles(1986)—— Clough & O'Rourke(1990)

Hinh 1.12

Ổy xo ¥ 9556 premax) tới V (max) AT (max) Lổ sree

7 co San Francisco (Mana & oe 1981) wo |

+ Oslo (Mana & Clough 1981)

+ Chicago (Mana & Clough 1981)

-Theo Clough(1989) mỗi liên hệ giữa chuyển vitheo phương đứng va theophương ngang có xétđến hệ thốngthanh giằng:

H là chiều cao tườngH, là chiều sâu hốđào

y,la trọng lượngđấtsu là cườngđộ cắt không thoát nước

7.H,FS =

C = 0,5072 / FS - 0,0884D = 0,3088 - 0,0496xFSHệ số C, D tùy thuộc vào loaidatNgoài ra còn có:

1.1.5 Nội lực trong tường

Momen uốn trong tường được lấy từ lý thuyết dầm:

MI =—K.EÏ

Trong đó: « làđộ cong

d’ 6,_ dz

ðz(0)= 0,45 > z=0ðz(0,5)=1—>z=0,5

`

đz

Với |5|= {X)= 05}

0 0 0 0 0 oO 1 A, 0,450,0156 0/0313 0,0625 0,125 0,25 0,5 1 A, |

| | | | 1 11 4 0,1

[B]J=| 2,986 2,483 2,0736 1,728 144 12 I1|{Y}=44,k{Ðb}=4 0

01875 03125 05 075 I 1 0 A, 014,9299 10,368 6,912 432 2,4 0 A, 0| 0 0 0 0 2 0 0| A, 0

=XJ=|B| 0)

4] {-14,2845A, 48,27844| |—52,6924

Với {X}=34 A,lL=4 17,644

A, 0Ag 0,7045A, 0,45

= 54 (z)=—14,2845(z)° + 48,2784(z)* — 52,6924(z)* +17,644(z)* + 0,7045(z) + 0,45

Tương tự cho sét chặt vừa và sét mềm.Sét mém:

61 (z)=—14,7492(z)° + 40,5417(z)> —30,9317(z)* + 2,0419(z)* + 3,005 (z) + 0,1= M = 442,476(z)* —810,834(z)? +371,18(z)? —12,2514(z)

Sét chdt vita:=> M = 620,64(z)* —1415,58(z)* + 954,63 1(z)° —172,258(z)Sét cling:

—> M = 428,535(z)* —965,568(z)* +632,309(z)? —105,864(z)Qua các thí nghiệm và kết quảđo đạc của các tác giả thì chuyển vị lớnnhất của tường thường xuất hiện gần vị trí củađáy hốđào thì thế ta cần gia cườngtai những vị tríđó( phía trên và phía dưới) để hạn chế chuyển vị vàđảm bảo công

trình làm việc trong điều kiện an toàn.

1.2 Cộtđất trộn xi măng

1.2.1 Sơ lược về cột đất trộn xi măngCộtđất trộn xi măng được phát triển từ giữa những năm của thập niên 1970ở ThụyĐiển nhưng chủ yếu là phương pháp trộn khô, phương pháp trộnướt đượcNhật Bản phát triển vào những năm 1970 với nhiều loại dụng cụ trộn sau đó sự

phát triển bùng nổ của cộtđất trộn xi măng ở những nước Châu Âu và Bắc Mỹ

Hinh1.16Tr6n ướt CDM-LODIC, Nhật 1985Trộn ướt là phương pháp trộn kết hợp với hỗn hợp nước và xi măng( hoặc

có thêm phụ gia), khi cần trộn được xoay đểđánh tơi đất vàđưa vào trong đấttớiđộ sâu thiết kế sau đó cần trộn được xoay rút lên đồng thời phun hỗn hợp vữa

xi măng vào trong đất

Phương pháp cột đất trộn xi măng được sử dụng cho các công trình mềm

như: nhà kho, cảng, sân bay, đường, gia cườngđáy hốđào

Phương pháp cộtđất trộn xi măng có chi phí rẻ rất kinh tế cho các công

trình với mặt bằng rộng, ít gây nhiều tiếng ồn, không gây ô nhiễm môi trường,chất lượng cũng tương đối ổnđịnh

MTT TT PTT YI

““ lđ

Hinh1.17Ung dụng cửa cộtđất trộn xi măng cho các công trình

Ngoài nhữngứng dụng trên cộtđất trộn xi măng còn được dùngđể chốngchuyển vịicủa tườngtrong hốđào sâu

tường không cắm vaodat cứng

thanh chống matdat tư nhiên

- Gaba (1990)đã báo cáo khi dùng cộtđất xi măng dưới dạng bè chiều day

3,5m dướiđáy hốđào, kéo dài giữa những tường chắnđào sâu 15m theo phương

pháp top-down trong lớp sét biểnở Singapore Ở tầng hình thành này, có sự hiện

diện của tang sét biển mémdé rồi sau đó được cải tạo thành lớp cứng hơn.Tác giảtrình bày số liệu của thiết bido tườngđể chỉ

cA ộ nw ? `

tạo trong việc giảm chuyển vị của tường.

ra những thuận lợi của lớpđất được cải

100

——

Hinh1.19Ondinhddy hốđào bằng phương pháp top-down

trongđất sét Singapore (Gaba 1990)

- Lee và Young (1991)đã báo cáo việc sử dụng cộtđất xi măng để cải tạotầngđất bên dưới cho 2 trường hợp nghiên cứu của hốđào sâu trong lớp sét biéndSingapore Việc cải tạođộ cứng củađấtở bên dưới chiều sâu tới hạn tầng hìnhthànhđã giúp giảm chuyển vị của tường vàđất.Kế hoạch được sử dụngở dangdon (dày 2m) hoặc 2 lớp dạng bè dọc theo theo hốđàođể giảm chuyển vị tường.Tácgiảđề xuất 2 lớpđể tận dụng những lợi thế của những ảnh hưởng còn laidé gia

= \ L =48L 8

(i) vùng không gia cường (i) viingdudce gia cường

Hình I.20Ốnđịnh với | lớptheo Lee va Young

Displacement (mn)Ofsplacement (cm)0 4710 kH/m 0 20 40 60 80 100120 say strut g,4710k/x°_g to 20 3040 ~—Ss fax Strut

kittt TT WWt TT force tiie T Force

= Ground movement Ground movement

Stage at tunnel € 40 (AI Stage at tunnel €

‘oF 0AI 1 6 1 3

2 43 Pos 2 tt

P — HN SS = 0A2 3 XS

so

-{') không gia cường {*) dude gia cường

Hình I.2lỐnđịnh với 2 lớp theo Lee và Young- Tanaka (1993) đã đưa ra sự chú ý với khía cạnh quan tâm là 6ndinh hốđàosâu với tường không cắm vào tângđất cứng, cho phép tường nổi trong tầngđấtmềm Chiều dày của lớp sét hơn 50m, đất 6ndinh bằng cộtđất xi măng kéo daingang qua hốđào.Tác giddé nghị rằng ổnđịnhđất bằng cộtđất xi măng có sức

kháng rất yếu so với các lực bên

được gia cường bằng cộtđất

ứ(2) ——n \ n- a

SINIm mi:

= Ơ H i HHal N it on

0

Ø) 4

tO ¬ HO

305

Hình 1.22Cải taodat bằng cộtđất xi măng theo Tanaka (1993)

displacement (mm) displacement(mm)O 50 100 O 50 100

Ỉ Í s Í i |

O O l

10 ¬ G

40}-left side right side

Hinh1.23Chuyén vị tường theo đo đạc của Tanaka (1993)- Liao va Tsai (1993)đã nghiên cứu sức kháng biđộng của 1 phandat yếu

được gia cố thông qua 2 loại của những mô hình gia cường là dạng cột và dạng

thanh chống Từmột loạt các cuộc kiểm tra với những mô hình gia cường khác

nhau, cộtđất gia cường có khuynh hướng chảy dẻo 1 sức kháng bidOng cao hơn

chống lại chuyển vị của tường hơn loại gia cường kiểu thanh chống Loaidat giacường kiểu thanh chống, dạng 2 chữ L có sức kháng cao hơn dạng hộp và dạng

“

tam.

[_lmproverent_, = ngh «|Tange

(i) Column type (ii) Buttress type - panel(ii) Buaress type - L shape (iv) Buttress type - box shape

5ị Column

Hinh1.24Dangdat được gia cường va chuyển vi (Liao va Tsai 1993)

- Ou va Wu (1996) dadua ra nghiên cứuđất gia cường bằng cộtđất xi măng

cho hốđào sâu công trình Kon-Her ởĐài Bắc.Tác giảđã phân tích phan tử hữu han

dùng mô hình 2-D và 3-D trong nghiên cứu của mình và dùng những kết quảđo

đạcđể kiểm tra Mục tiêu chinhdé xuất bởi nghiên cứu là hình thành 1 phươngphápđánh giáđặc tính liên hợp của vật liệu, do đó mà vùngđất được xử lý có thểthay thế bởi vật liệuđơn trong phân tích phan tử hữu hạn thay vì trình bay rõ rangphần tử hữu hạn của hình dạng thích hợp Phương pháp này có thể loại trừ việccần thiết của mô hình 3-D màđòi hỏi tốn nhiều nguồn lực, lưu trữ máy tính vàthời gian nhiều

- Uchimaya và Kamon (1998) da trình bay những kết qua về lĩnh vực hốđàosâu trên chuyển vị của cộtđất xi măng dạng tường chắn Tường chắn dày 2m với2 hàng cột được sắp xếp với khoảng cách và chiều sâu khác nhau.Việcđo đạcđãchỉ ra rằng loại tường chắn thì rất thành công trong việc giảm chuyển vị ngang

của tường trong quá trìnhđào.Một loạt hình dạng tường chắnđã được thực hiện, nó

chỉ ra rằng chuyển vị tường giảm khi mà khoảng cách của tường chắn gần hơn

The Parking Area The Buildinging Area

Soil-Mixed-Wall

DMM Buttress I

——- JR Kinshicho Station

N ©: Wall Inclinometer——— @: Soil Inclinometer0 10m O: Piezopmeter

@: Earth Pressure Cell

Hình 1.26Mặt bằng bố tri DMM theo Uchimaya và Kamon (1998)

The Parking Area TheBuilding Area

Area- Ì Area-2 Area-3 Area-4

Soil- 11.4m Soil-Mixed-Wall

N HÀ cái

2a @2 tr7.5m +

Inclinometer Inclinometer Inclinometer

H-450 X 200 @450 H-500 X 200 @450 H-582 X 300 @600 H-594X 302 @600

Hình1.27Hình dạng tường chắn DMM trong từng bước thi công

theo Uchimaya và Kamon (1998)- Young (1998)đã nghiên cứu ảnh hưởng của lớp vữa phun trong hốđào sâu

được phân tích dùng phương pháp phần tử hữu hạn trong 2-D và 3-D Hình dạngcủa lớp vữa được sử dụng trong nghiên cứu này với chiều dày 3m được lắpđặt

suốt toàn bộ mặt cắt ngang của hốđào Sự hiện diện của lớp vữa bên dưới làm

thay đổiđáng kểđộ lớn chuyển vị của tường

- Wong (1998)đã thực hiện phân tích phần tử hữu hạn của hình dạng lớpvữađể chống hốđào sâu trong lớp sét mềm Một loạt mô phỏngđã được thực hiệnvới những lớp vữa khác nhau ởđó chuyển vị của tường và mô men uốnđã được so

sánh.Hốđào sâu rộng 52m và sâu 13m với 3 lớp thanh chống, tường dài 42,5m

dày 0,6m được cắm vào tangdat cứng Lớp vữa dày 1,5m được sử dụng bên dưới

hốđào, sự hiện diện của lớp vữa day 1,5m làm giảm 20-30% lực thanh chống,

momen uốn, chuyển vị tường và chuyển vị mặtđất Mặc dùkết quả nghiên cứutrong điều kiện tốiưu kiểmsoát được chuyển vị mặtđất và chuyển victia tườngnhưng không có nhữngđề cập cụ thể trong việc cư xử của lớpđất được gia cố