Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Xác định hệ số nền theo phương ngang để tính toán tường vây hố đào sâu

Nghiên cứu hệ số nên theo phương ngang dựa trênphương trình của Chang — Yo, Ou 1997 là nghiên cứu cần thiết để đối chiếu với các chươngtrình của phương pháp khác trong việc phân tích ứng

TRUONG ĐẠI HỌC TP HO CHÍ MINH

DOAN VAN TOAN

XÁC ĐỊNH HE SO NEN THEO PHƯƠNG

NGANG DE TINH TOAN TUONG VAY

HO DAO SAU

Chuyén nganh: DIA KY THUAT XAY DUNG (60.58.60)

TP.Hồ Chi Minh -Théng 12 năm 2011

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠITRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỖ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS TRAN XUAN THO

Luan van thạc sĩ được bao vệ tai Trường Dai hoc Bách Khoa — DH quéc gia TP.HCM

ngày tháng năm

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

Xác nhận của Chủ tịch Hồi đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khiluận văn đã được sửa chữa (nếu có)

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

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

2- NHIEM VU LUAN VAN:

Gidi thiệu

Chương 1: Téng quan về hệ số nềnChương 2: Phương pháp xác định hệ số nền theo phương ngangChương 3: Phân tích ứng xử tường vây trong hồ đào sâu

Kết luận và kiến nghị3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/07/20114- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU: 05/12/20115- HO VÀ TÊN CÁN BO HUONG DAN: TS TRAN XUAN THỌ

CAN BO HUONG DAN CHU NHIEM BO MON KHOA QL CHUYEN NGANH

(Họ tên và chữ ky) (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ long biết ơn sâu sắc đến người thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ,động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn cũng như truyền cho tôi lòng nghiêncứu khoa học: TS Trần Xuân Thọ

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy Cô trong Bộ môn Địa cơ Nền móng,những người đã truyền cho tôi kiến thức quý giá trong quá trình học tập tại trường cũng

như khi công tác ngoài xã hội.

Xin gửi lời cảm ơn đến các học viên lớp Địa kỹ thuật khóa 2009 và 2010; nhữngbạn, người đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Cuối cing, tôi xin gửi đến GS Chang—Yu, Ou, quý Thay Cô Bộ nền móng - Khoaxây dựng — Đại học Kiến Trúc TP.HCM và những người thân trong gia đình đã luônđộng viên, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất dé tôi có thé tham gia và hoàn thành luận

văn này.

Với những hạn chế về số liệu, trình độ cũng như thời gian thực hiện, chắc chanluận văn lần này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong được sự đóng góp ý kiếntừ quý Thầy Cô, đồng nghiệp va bạn bè dé luận văn hoan thiện hơn Kính chúc quý ThayCô thật nhiều sức khỏe

Trân trọng kính chào!

Học viên

Đoàn Văn Toàn

Đề tài nghiên cứu này được phát triển dựa trên các nghiên cứu về phương pháp dầmtrên nền đàn hồi (BEF ) với việc xác định hệ số nền theo phương ngang, kết hợp với chươngtrình tính toán VEX để phân tích nó Nghiên cứu hệ số nên theo phương ngang dựa trênphương trình của Chang — Yo, Ou (1997) là nghiên cứu cần thiết để đối chiếu với các chương

trình của phương pháp khác trong việc phân tích ứng xử của tường vây Hai công cụ được áp

dụng trong dé tài nghiên cứu này là chương trình Plaxis và chương trình VEX Trong đó, kếtquả phân tích bằng Plaxis có thể sử dụng như là một điều kiện chuẩn trong việc so sánh với kếtquả VEX Dé kiểm chứng cho độ chính xác của phương pháp phan tử hữu hạn (Plaxis), phântích ứng xử tường vây của dự án Hud Tower — Hà nội có đối chiếu so sánh với số liệu quantrac hiện trường Những hiểu biết sâu rộng về hệ số nền theo phương ngang của nên đất sẽ làmột công cụ phân tích hữu ích dé hồ trợ cho việc phân tích và đánh giá hố dao sâu

ABSTRACTThe research topic has been developed based on research methods beams on elasticfoundation (BEF) for the determination of horizontal subgrade reaction coefficients,combined with calculations VEX program to analyze it Studying horizontal subgradereaction coefficients based on the equation of Chang—Yo, Ou (1997) is needed tocompare with other programs of the method in analyzing the behavior of diaphragm wall.Two methods are performed in this research such as Plaxis and VEX program Inparticular, the analysis results by PLAXIS can be used as benchmark in comparison withthe results of VEX program To verify the accuracy of the finite element method (Plaxis),conduct analysis of diaphragm wall of HUD Tower projects - Hanoi has collatedcompared with field measurement results The extensive knowledge of horizontalsubgrade reaction coefficients of the soil would be a useful analytical tool to support theanalysis and evaluation of deep excavation.

Key word: beam on elastic foundation, finite element method, springs, diaphragm wall,horizontal subgrade reaction coefficients, hozirontal displacement, deep excavation.

MỤC LỤC

GIỚI TH [Ý ÚU 2 5 SE 5.9 9x 9 9x s9 e2 |

I Tổng quan - - cv 1 ST 1S 9c TT TT TH TT TT TH HH ng |

2 Mục đích - cccc HS HH1 HH SH TH TK HT KH ĐC ch 2

3 Nội dung dé tài ác T TT TH TT TT TH TH TT TT TH TT TT ng rkt 2

A Phương pháp nghiÊn CỨU - << - 2c 3323110131031 11311 101011 11111110 10 1 1 1111k và 2

5 Hạn Ch cceccccccccccscescescescescescessescesseseeseesecsecsecscescacessessessesecseeseesesscscscessesseseeseeaeess 2

0:09) 00505 — 3

TONG QUAN VE HE SỐ INE-N 5 G- << 55s x9 v9 se 3

1.1 Sự phát triển của phương pháp dầm trên nền dan hồi 5s + se csxse+e s2 31.2 Xác định hệ số phản lực 0 6

CHƯNG 2 5 G5 - 5 << SE 0 HH HT H000 10

PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HE SO NEN THEO PHƯƠNG NGANG 10

2.1 Giới thIỆU c9 10 1011 TH Họ nh 10

2.2 Cơ SỞ lý thUYẾT G11 T TT HT TT TH TT ng TH gi 102.2.1 Các giả thuyẾ SG St 1T TT HT TH TT TT TH HT ng ngu 102.2.2 Ứng xử ứng suất— biến dạng của đất trước tường ¿-scssse sex 112.2.3 Ứng xử ứng suất— biến dang của đất dưới đáy tường s5: 132.2.4 Điều kiện biên và giải bải tOAN eee ececceeeesessecessecscessevscessecsceeverseeven 152.2.5 Xác định hệ số phản lực nền theo phương ngang - - 5-5-5 se: 16

2.3 Phuong pháp Miyoshi và phương pháp lò xo hai bên - - -<<<<<<5 17CHU ONG S 5-5 << HH HH HT 00 19

PHAN TICH UNG XỬ TƯỜNG VAY CUA HO ĐÀO SÂU 19

3.1 Đặt vẫn đỀ LH HH1 rêu 193.2 Giới thiệu về công trình Hud TOWeF 2 S1 3 EE 1 115111511E1212111 E8 etxg 193.3 Điều kiện địa chất CONG tri oo cece d 203.4 Phân tích các thông số sử dung trong mô phỏng 2-2 2c scxscsze: 213.5 Kết quả phân tích các thông Tố cốc ốc 263.6 Quan trắc hiện trường - k1 1EE1 11111111 111111111 ẸE 8101011 8 11x tyi 293.6.1 Sơ đỗ quan tTẶC - -c- kh 1n 1T 1n TT TT ng TH net 29

3.6.3 Kết quả quan tTẶC c1 1S 1T TT HT TT ng ng net 313.7 Kết quả phân tích bang chương trình VÏEXX - E1 kvctEsEsEeevseeereesed 323.7.1 Chuyển vị ngang của tường VÂY is k chưng ng rkt 343.8 Kết quả phân tích bang chương trình PaXiS 5-5 5 xxx EsEsEevseeeeeesed 353.8.1 Chuyển vị ngang của tường VÂyy is cct cv n TT ng ret 363.9 Đánh giá kết quả phân tích với kết qua quan trắc hiện trường 5 37

3.10 Nghiên cứu độ nhạy của phương trình Ôu - << 555 <<s<<<<<+<<+ssss 40

3.11 _ Thiết lập áp lực đất ngang phía sau lưng tường 5s se cseseesrsed 433.12 Kiểm chứng việc sử dụng các trường hợp lý thuyết giả định 443.12.1 Sức chống cắt tuyến tính theo độ sâu ¿+ sec esrseeeree 443.12.2 Sức chống cắt không thoát nước là hang sỐ ¿+ + £se+e+sEsxseree 503.12.2.1 Nền đất một lớp SếT G6 tk SE 11v TT HT HT net 503.12.2.2 Nền đất hai lOp SÉTK LG E1 121 SE TT g1 TT ng rkt 54

KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ 2 5 << S2 5s s2 9s vs se 60

I Kết luận cu nh HH HH Heo 602 Kiến nghị va hướng nghiên CỨU - - - Ek St E SE SE E9 cv ng vn re 61

TÀI LIEU THAM KHẢOO - << 5° + «<< SE 3xx eeeeeseeesexeses 62

GIỚI THIỆU

1 Tong quan

Dưới điều kiện dao đất thông thường một lượng đất bên trong hỗ đào được dỡ bỏ, tạo raáp lực đất không cân băng tác dụng lên tường Áp lực đất không cần băng sẽ làm phát sinh biến

dạng của tường và bề mat đất Nên đất, điều kiện mực nước ngầm, hình dạng hỗ dao, qui trình thi

công, phương pháp thi công, loại tường chan giữ và nhiều yếu tố liên quan tới chuyển vị củatường và lún bề mặt đất Dé bảo vệ các công trình lân cận và an toàn hồ đảo, phân tích ứng suất vabiến dạng trước khi tiễn hành đào đất với việc sử dụng phương pháp số

Hai phương pháp số thường được sử dụng là phương pháp phan tử hữu hạn (FEM) vàphương pháp dầm trên nền đàn hồi (BEF) FEM là một phương pháp tương thích để mô phỏngứng suất — biến dạng của đất và xác định các thông số đất Phải tốn nhiều thời gian cho việc phântích dữ liệu đầu vào, tích toán, và phân tích kho dữ liệu cho các bài toán hố đào Tính toán bằng thủcông, BEF trở thành một mô hình lựa chọn đơn giản dưới mọi tình huống Với phương pháp nảy,yêu cầu dit liệu đầu vào đơn giản, thời gian tính toán nhanh hơn và khối lượng dit liệu tính toán

cũng nhỏ hơn.

Tuy nhiên, sự đơn giản hóa của phương pháp BEF cần một sự phân tích thật can thận khigiải quyết các bai toán hỗ dao phức tạp dé trách xảy ra các sai số Hơn thé nữa, độ tin cậy của cácsử giả thuyết trong phương pháp này, như ứng sử dan hồi tuyến tính của dat, sự cân bằng về độcứng của đất cho điều kiện gia tải và dỡ tải, và việc ước lượng giá trị hệ số nền theo phương ngangvẫn còn nhiều tranh cãi Giá trị hệ số nền không chỉ phụ thuộc vào độ cứng của đất mà còn phụthuộc vào nhiều yếu tố khác như: hình dạng và độ cứng của tường, thanh chống, chiều sâu hồ

đào

Đề tài nghiên cứu này được phát triển dựa trên các nghiên cứu về phương pháp BEF thôngqua chương trình tính toán VEX Nghiên cứu hệ số nền theo phương ngang dựa trên phương trìnhcủa Ou (1997) là nghiên cứu cần thiết dé đối chiếu với các chương trình của phương pháp khác,như phương pháp phan tử hữu hạn Plaxis và chương trình dầm trên nên đàn hồi Dé các công cụnày được dùng an toàn trong việc thực hành các bài toàn địa kỹ thuật thông thường, thì chúng cầnđược kiểm chứng dé đổi chiếu với kết quả quan trắc hiện trường Vì có như vậy, kết quả tính toánmới có giá trị và đúng đắn Dé có một hiểu biết tốt hơn về phương trình của Ou, một số mô hìnhđơn giản được phân tích ở các phần sau

Nghiên cứu dựa trên phương pháp dầm trên nên đàn hỏi (BEF) theo công thức xácđịnh hệ số nền theo phương ngang của Ou (1997) kết hợp với chương trình VEX trởthành mục đích chính của đề tài Các phân tích nhân mạnh tới việc tìm ra các điều kiệnđúng nhất về hệ số nền theo phương ngang.

3 Nội dung đề tài

Theo phan giới thiệu tong quan trong dé tai này, Chương 1 tiễn hành trình tổngquan về hệ số nên, sự phát triển của phương pháp dam trên nên đàn hồi (BEF)

Chương 2 đưa ra phương pháp xác định hệ số nền ngang được chọn trong chương

trình VEX.

Chương 3 phân tích ứng xử của tường vây trong hỗ đào sâu bằng chương trìnhPlaxis và bang chương trình VEX, và các thông số được sử dung trong dé tài nay

Cuối cùng, tóm tắt các kết quả chính của đề tài nghiên cứu và đưa ra kiến nghị cho

việc nghiên cứu sau này.4 Phương pháp nghiên cứu

Hai công cụ được áp dụng trong để tài nghiên cứu này là chương trình Plaxis,VEX Để kiểm chứng cho độ chính xác của công cụ phan tử hữu hạn (Plaxis), phân tích

ứng xử tường vây của dự án Hud Tower — Hà nội.

Kết quả phân tích băng Plaxis có thể sử dụng như là một điều kiện chuẩn trongviệc so sánh với kết qua VEX Những hiểu biết sâu rộng về BEF được thực hiện dé phântích băng việc xem xét hệ số nên theo phương ngang của nên đất Vì thế, chúng được sửdụng như là một công cụ phân tích hữu ích để hồ trợ cho việc phân tích và đánh giá bài

toán.

5 Hạn chế

Dé tài tập trong phân tích hỗ đào trong nén sét của dự án Phân tích BEF thu nhậnđược từ phần mềm VEX cho một số trường hợp giản đơn, ví dụ như nên đất gồm có mộtvà hai lớp sét đồng nhất, và xem lớp đất sét có (s,/o, =const ) phù hợp với ứng dụng củachương trình VEX Dựa trên việc phân tích, chúng ta sẽ giải thích được rằng chươngtrình VEX vẫn còn có những thiếu sót trong việc phân tích ứng xử của tường

-3-CHƯƠNG 1

TONG QUAN VE HE SO NEN

1.1 Sự phát triển cia phương pháp dam trên nền dan hồi

Ngày nay, tường vây với nhiều tầng chong được sử dụng một các rộng rải trong các hồ daosâu, thường được kết hợp với phương pháp thi công Top-Down, với mục đích chính là hạn chế sựbiến dạng ngang của đất xung quanh Thiết kế tường chắn giữ với nhiều hệ chống có kế đến sựtương tác giữa kết cầu — đất nền và cho phép mô phỏng qui trình thi công Sự tương tác giữa kết cầuvà đất nền có ý nghĩa quan trọng cơ bản trong thiết kế nền móng và luôn có một sức lôi cuốn, quantâm của các nhà nghiên cứu cũng như các kỹ sư Dé phân tích tương tác giữa kết cầu móng và đấtnên, thì có nhiều nghiên cứu liên quan đến việc mô hình hệ nên, giải tích cũng như phân tích số gần

đúng được thực hiện.

Vào năm 1867, Winkler là người đầu tiên giới thiệu về khái niệm lò xo không đổi Ông tamô hình móng chiu uốn, như là móng bè, năm trên hoặc được chồng đỡ bởi các lò xo riêng lẽ, độclập với nhau Mô hình về sau được Terzaghi theo đuôi dé đưa ra một quan hệ đơn giản và giải quyết

nhanh gọn cho việc phân tích móng bè, được đơn giản hóa công thức toán học trong việc mô phỏng

hệ số nền Độ lớn của các lò xo không đổi được đề nghị bởi Terzaghi (1955) Mô hình của Terzaghiđược biết như là mô hình phản lực nền và được sử dụng phô biến trong việc thiết kế móng bè

Vượt thời gian, các chuyên gia địa kỹ thuật đạt tới những hiểu biết ngày cảng tốt hơn về ứngxử của nên đất và nhiều mô hình đất được phát triển Nhiều trong số đó đưa ra các phương trình toánhọc phức tạp, cái mà cần thiết cho kỹ thuật máy tính tiễn bộ hơn và đặc biệt là được giải quyết bangchương trình phân tử hữu hạn Mô hình lò xo quả thực là một trong những công cụ tương đối tốt cho

các kỹ sư.

Giả thiết cơ bản của mô hình Winkler, Hình 1.1, mô tả rang móng là kết cầu có độ cứng uốn(ED và đất là một nền đàn hồi Tương tác của chúng có thể được mô phỏng như một hệ các lò xo độclập Lò xo không đồi là hệ số ứng suất chia cho chuyên vị, được biéu diễn như sau:

Dam trẽn nền dan hổi

À À Ạ À À AA

B

: H

Nén dan hổi<—

Dam trén nền dan hổi

Hình 1.1 Mô hình Winkler

Công thức toán học giản đơn của mô hình đất nền đàn hồi Winkler không nói đếnsự phân bố ứng suất của đất hay phản lực nên theo độ sâu va sự hình thành bầu áp lực.Độ lún của nên đất dưới móng được cộng dén do ảnh hưởng tương tác giữa ứng suấttrong nên và thông số đàn hỏi của đất tại mọi điểm bên trong vùng áp lực (vùng huy độngứng suất trong nên) Cho dù lý thuyết Winkler có những hạn chế xong nó là rất dé dàngđể sử dụng Thay vì tiến hành một phân tích với việc lý tưởng hóa kết cấu, thì sự lý tưởng

mô hình Winkler được thực hiện cho mục đích thực hành.

Nhiều nhà nghiên cứu khác đã nghiên cứu về hằng số lò xo liên quan tới mô hình

Winkler như sau:

1 Haliburton (1968) đã giới thiệu mô hình đất phi tuyến có kế đến ngưỡng ban đầu củamặt trượt chủ động và bị động Mô hình dé nghị có thé lý tưởng với su chống đỡ đànhồi hay độ võng bắt buộc Haliburton đã chứng tỏ ứng dụng tiềm năng mới củaphương pháp hệ số nền dé thiết kế tường chan giữ Cụ thé là phương pháp nay có sựkhác biệt so với phương pháp cô điển là đã dé cập tới điều kiện biên và vị trí chống đỡtại các cấp độ khác nhau Hơn thế nữa, mô hình có thể phân tích sự phân bố ứng suấtđạt được cho các hành dạng của kết cau, cho phép kỹ sư làm thí nghiệm với các độsâu căm tường khác nhau và vị trí chống đỡ khác nhau Phương nháp chuẩn trong kỹthuật kết cau chắn giữ Tinh khả thi của phương pháp phan lực nên vẫn hiện rõ trongcông trình của Haliburton (1968), đã được đưa ra dé sử dụng cho thiết kế kết cau thực.Vì thế từ thập niên 1970, Boudier và các cộng sự (1970), Eages và Bouyat (1971a;

được gọi là trạng thái dẻo (Hình 1.2)

Hình 1.2 Phương pháp lò xo đất (Nakamura, 1972)Miyoshi (1977), dựa theo quan niệm bầu áp lực Boussinesq, đã dé cap rang việc dỡtải trọng do lẫy đi khói đất có ảnh hưởng lên mặt đứng của tường tới độ sâu băng vớibề rộng hố đào Vi thế, độ sâu của điểm hội tụ được giả định dat được dưới bề rộnghó dao mà không cần phải xuyên tới lớp đất cứng

Pearlman và Wolosick (1990) giải thích rang có nhiều qui trình thiết kế khác nhaucho neo đất, và phụ thuộc vào kinh nghiệm người thiết kế Ông luôn đề cập rằng việcchọn các thông số địa kỹ thuật có ảnh hưởng lớn nhất trong thiết kế Một nghiên cứuđịa kỹ thuật được chỉ dẫn tới việc phát họa điều kiện tự nhiên và cường độ của vậtliệu Biéu đồ áp lực đất gần đúng được chọn dé tính toán phan lực ngang tại các vi tríneo và điểm căm sâu Moment va lực cat trong phần tử tường được xác định với việcdùng phương pháp dam liên tục dé tính toán Cuối cùng, là kiểm tra ôn định tổng thé,điều chỉnh hệ thống được phân tích để đạt được điều mong muốn

5 Ou (1997) đã tham khảo Randolph va Worth (1978) thu được hệ số nền theo phươngngang thực hiện trong phân tích hỗ dao Dựa trên lý thuyết BEF, mô hình giả địnhrằng đất phía sau tường là bao gồm các dải đất ngang, giữa mỗi dải đất được môphỏng như là một số vô hạn các lò xo nên.

6 Ou (2000) [16] chấp nhận phương pháp lò xo một phía của Miyoshi (1977) dé pháttriển chương trình phân tích hố đào (VEX) Chương trình tính toán có thể xác địnhbiến dạng của tường chắn giữ cho từng giai đoạn đào đất, gồm cả độ lún của đồ dao,moment uốn trong tường, áp lực ngang, và hệ số an toan cho việc phân tích 6n địnhtrong phân tích hé đào Chương trình VEX thuận tiện để sử dụng do mô hình phântích đơn giản, thông số đầu vao cũng như thời gian tính toán được thực hiện một cách

nhanh chóng.

7 Tsai (2002) [19] phân tích hỗ đào — gồm cả biến dạng của tường chan giữ sử dụng mô hìnhlò xo nền đơn giản — một bên và hai bên của phương pháp dầm trên nền dan hỏi Phân tíchbăng việc sử dụng chương trình VEX, chỉ xây dựng với mô hình lò xo đơn giản — một bênngay từ đầu nên không có thí điểm đây đủ cho việc nghiên cứu các trường hợp Vì thế, Tsai(2002) phát triển mô hình lò xo nền hai bên và thí nghiệm với vai công trình thực Hệ số nềnđược sử dụng trên phương pháp dầm trên nền dan hồi được xác định theo phương trình có

được bởi Ou (1997) và các công thức thực nghiệm thu nhận được từ quá trình phân tích

nØƯỢC.

Như đã trình bay ở trên, phần mềm VEX van cho ra kết quả hệ số nền còn thô Vì thế, dé tàinảy cô gang tìm ra các nguyên nhân ảnh hưởng tới van dé nay Một vai mô hình đơn giảnđược mô phỏng để so sánh từ đó có cái nhìn sâu sắc hơn các đặc điểm bên trong của lýthuyết Ou

1.2 Xác định hệ số nền

Theo Terzaghi (1955) [17], hệ số nền phụ thuộc vào các yếu tố sau:

1 Kích thước,2 Hinh dạng và3 Độ sâu của móng.

Điều này nói lên rằng hệ số nền không chỉ phụ thuộc vào đặc tính cơ bản của đất

ma còn phụ thuộc vào hệ móng nữa.

-7-Vesic [20] đã mở rộng mô hình Winkler sang mô hình đàn hồi va giả thuyết đất ởtrong bau ứng suất huy động là đồng nhất Phương trình Vesic mô tả hệ số nền phụ thuộckhông chỉ bề rộng móng, B, mà còn phụ thuộc vào thông số đàn hồi của đất, E, va vethông số dam, E, và L

EB Ek =0.6%2 El Bl) (1.2)

Trong dat cát và sét cứng, hệ sô nên lân lượt được ước lượng như sau:

Z

Dat cat: k, =1, n (1.4)Dat sét cứng: k, = ky (1.5)

H, = độ sâu ngam chặt của tường cw.

Có ba điểm được nêu ra trên khía cạnh của phương trình 1.4 và 1.5

1 k, liên quan tới độ sâu ngàm chặt hoặc diện chịu tải, modul đàn hồi, và hệ số

Poisson.

2 Đối với đất cát, sự giảm áp lực hữu hiệu đè nén do quá trình dao đất sé làm

giảm giá tri kụ Irong khi đó, k, sé tang do giảm độ sâu ngàm chặt cua cw.

3 Đối với đất sét, sự giảm áp lực hữu hiệu đè nén do quá trình đào đất sẽ khônglàm thay đổi giá trị kụ Điều này được lý giải là do đất sét ứng xử dưới điềukiện không thoát nước Tính toán bang thủ công, k, sẽ tăng do giảm độ sâu

ngàm chặt của tường.

Theo Terzaghi (1955) [17] có các phương pháp khác đề nghị ước lượng hệ số nềncho tường chắn giữ, như Menard và cộng sự (1964), Balay (1984), Simon (1955), Becci

và Nove (1987), Schmitt (1995), Monaco va Marchetti (2004), Monnet (1994)

Phuong pháp cua Menard va cộng sự (1964) dua ra công thức tính giá tri k, chotường cu dang console được căm sâu vao dat từ modul pressuremeter, E„ như sau:

f,, =——_—! (1.6)

a +0.13(9a)"

Thông số kích thước ở công thức trên a (m) liên quan với dạng hình học tường vahệ số a liên quan tới loại đất Menard và cộng sự (1964) giả thuyết rang a=2/3 chiều dàicăm sâu của tường Trong thực hành, a= chiều cao vùng đất chịu tải bởi áp lực đất bịđộng, giống như chi dẫn được đưa ra bởi Terzaghi (1955) Modul pressuremeter, Ey, quanhệ với modul oedometer cùng cấp áp lực bởi hệ số E,.„=E,„/œ Đối với đất cô kết thường,

ơ thay đồi từ 1/3 cho cát tới 2/3 cho sét (Menard cà Roussean, 1962)

Sehmitt (1995) chấp nhận công thức Menard để tìm ra một một cách khác của biếndạng cho tường cứng và tường mém Với việc xem độ cứng quán tính của tường EL, giả

định ax s(EVE,,,) và E,„„ ~ E„/œ, thu được:

(1.9)

Dé có cái nhìn thấu đáo đối với phương trình trên, cho một modul nền đất, tườngcứng sẽ cho giá trị kạ nhỏ hon so với tường mềm Trong các nghiên cứu trước đó, Vesic(1961) đã chỉ ra sự ảnh hưởng ít của kết cấu lên giá trị ky Giá tri ky là ngịch đảo tỉ lệ

EI”.

Monaco va Marchetti (2004) xem xét độ cứng tường/đất khác nhau, độ sâu hé dao, cácđiều kiện khoảng cách thanh giăng cho thiết kế tường vây nhiều tầng chống từ giá trị modulM, từ thí nghiệm DMT Khi bề rộng của vùng đất liên quan bởi dịch chuyển của tường, B, thì

gia tri k, được xác định như sau:

,, = our, (1.10)

Lua chọn của Chadeisson (Monnet, 1994) gồm cả việc thiết lập hệ số nền liên quan tớicường độ chống cat của đất, lực dich và goc ndi ma sát Đề nghị này, được lập thành biểu dé, vàcũng đã có vài minh chứng được cung cấp bởi Monnet (1994), người đã đề xuất triển khai phươngpháp Londez và cộng sự (1997) đã đưa ra ví dụ cho việc cho sử dụng biểu đồ thiết kế Chadeisson

lên kết câu thực.

Các hạn chế của phương pháp hệ số nền đã chỉ dẫn các tác giả đến ý định dùng phươngpháp kết hợp trong đó phan lực của nên tác dụng lên tường chan giữ được tính toán theo qui trình

thi công, với việc xem xét răng khôi đât dịch chuyên trong miễn đàn hôi.

Các công thức thực nghiệm để ước lượng giá tri kụ được thực hiện thông qua một loạt cácphân tích ngược của các hỗ đảo được khảo sát bởi Lee (2000) [8] và Ou (2002) [19] cho ra

Đối với sét: &„ =(40+50)s, (1.11)Đối với cát: &„ =(700 +1000) N (1.12)Trong đó k, = hệ số nền theo phương ngang (kN/m')

s„ = cường độ chống cắt không thoát nước của đất (KN/m”), N = giá tri SPTSự gan đúng của nghiên cứu nay là dé tìm ra cách áp dụng phương trình của Ou décó thé sử dụng trong các trường hợp hồ đảo sâu Vi thế, mô ta chi tiết phương trình của

Ou sẽ được giải thích kỹ trong các chương sau.

2.2 Cơ sở lý thuyết2.2.1 Các giả thuyết

Điều kiện bién dang phang cũng như các yếu tố của bề rộng hố đào được đưa raxem xét Giả định rang bién dạng hồ đào là biến dang phang, xem tường là dải vô hạn,ứng xử của tường chăn giữ được mô tả bằng tiết diện ngang hoặc chiều dài đơn vị củatường, như biểu diễn trong Hình 2.1

-|1-Tường được gia định có một đầu tự do chống đỡ đất biến dạng và phân căm sâucùa tường dịch chuyển đồng đều Với tiết diện ngang hay chiều dài đơn vị của tường, giađịnh rằng đất bên trong hỗ đào là được tạo thành từng dải đất, hệ số nên theo phươngngang của nền được định nghĩa như là hệ số của áp lực ngang đối dịch chuyển sang phảicủa dai đất biéu diễn như Hình 2.2 Các giả định dưới đây như sau:

(a) Mô hình Winler (1967) được áp dụng.

(b) Cả đất và tường đều biến dạng phăng.(c) Phần cắm sâu của tường là dịch chuyển đồng đều.(d) Hồ đào là đối xứng với tâm hồ đào

(e) Dat bên trong hồ đào được phân thành nhiều dải đất.(0 Dat nền là đăng hướng và đồng nhất

(g) Áp lực đè nén tác dụng lên bề mặt của dai đất Giả định này cũng xuất hiện trongnhiều phương pháp phân tích hỗ đảo và tường chắn giữ

2.2.2 Ứng xử ứng suất — biến dạng của đất trước tường

Dựa theo các giả định trên, xét các dải đất có mỗi bề dày dz (Hình 2.3) Một phầntử đất có chiều dai, dx, cắt ra từ dai đất, như biéu diễn Hình 2.4 Ứng suất doc trục phânbó đều trên mặt bên phải tiết diện của phan tử là P(x)/dz, khi đó phân bố trên mặt bên trái

{ P(x) +[ôP/ ôx]á} /dz Ứng suất thắng đứng lên phan tử là o, =7z

ON À ON ON, Tường XChuyển vị

Ø, =?⁄“ y

tim ;

† —>| dx |< 3: B/2 x

dz = “1 (x) (2.7)Bang cách lay tích phân 2 về phương trình (2.7) theo độ cắm sâu của tường, ta

được:

' 2w2(x 2(1—y2\#Œ)

port ) - a | t (x) (2.8)

oui(s) _20-v2) la) 2.5)

2.2.3 Ứng xử ứng suất — biến dang của dat dưới day tường

Chuyển dịch ngang của tường sé làm tăng lên ứng suất cắt lên đất ở dưới đáytường Hình 2.4, minh họa điều kiện ứng suất của phần tử Vì thế, sự cân bằng lực theophương ngang cho phân tử

2.10

Ox OZ ( )

Dựa theo phương trình Boussinesp, ứng suất cắt lên đất dưới đáy tường thay đổi tỉlệ nghịch với sự tăng lên khoảng cách từ tâm của phần cắm sâu Kết quả ứng suất cắt

dưới đáy tường được biêu diễn như sau:

_ r7ạ(x)! _ Tạ(x)! u(x)= | 2Q dz = 2G Inf — |==S=-š (2.13)

)-Ss

Trong đó u,(x) là chuyển vị ngang của một điểm tai khoảng cách x từ phía bênphải, trong cùng một cao trình của đáy tường và U là khoảng cách ảnh hưởng Nếu giảđịnh rằng đất bị đảo là tương tự như một móng đơn áp dụng cho bài toán dỡ bỏ ứng suất,

Thay phương trình (2.15) vào phương trình (2.14), ta được:

sẽ) _2(1-v!)mang BPE u(x) = H (x) (2.16), 2(1-v.)

HD = EP (2.17)

2 =# u(x) (2.18)

2.2.4 Điều kiện biên và giải bài toán

Điêu kiện biên

(a) Chuyến vị ngang của một điểm tại tâm hỗ dao là băng không, ví dụ u(B) = 0(b) Dat tại vị trí cuối cùng bên trái, ví dự x =B, là chịu lực Pụ, ví dụ P(B) = P,

Giải phương trình (2.18) cho ra được trường u(x) va P(x)

u(x)= te (Iv, bv, pe binhz(8~x) (2.19)

| h lv vzP = _y je — _ 5(x) Ly ( v, ) v7 osha B hae (2.20)

2.2.5 Xác định hệ số nền theo phương ngang

Mối quan hệ của ứng suất pháp theo phương x tại điểm cuối (x=0) của phần cămsâu và chuyến vị ngang là

P

o(0)=— => + ku(0) (2.21)

Trong đó ø (0) = ứng suất pháp theo phương x tại tường cir

„{(0)= chuyển vị ngang tại tường ctr

P(0) =lực ngang tại tường cừ

P =lực đất ngang

Hệ sô nên theo phương ngang là ti sô ứng suât với chuyên vi

P()-E E_u — _2(l-¥,) (20)

ky) = —— = *ˆ,£=In|= 2.22"~~ 1u(0) 1-v? tanhuB’” PE? eI 2.20)

Nếu 8 >3 tanh wB—1, Phương trình (2.22) trở thành

(4) = (2.23)Nếu wB>0 => tanhywB-— 0, Phương trình (2.22) trở thành

5: (2.24)

(his oon = ?-v?)

A,Trong do

1 = chiêu dai phan căm sâu của tườngkn¡= hệ sô nên theo phương ngang cho mot độ sâu của tường ngàm vào lớpsét với chiêu sâu là | (m)

-17-k,= hệ số nền theo phương ngang

H, = độ sâu ngàm chặt của tường

Modul đàn hồi của sét có thé thu nhận được từ biểu thức gần đúng:

E, =(500+800)s„ (kN/m?) với s, /o, = const

2.3 Phương pháp Miyoshi và phương pháp lò xo hai bên

Có hai phương pháp BEF khác nhau được sử dụng trong chương trình VEX dựa

trên giả định sự phân bố áp lực đất ngang, ví dụ phương pháp lò xo hai bên và phương

pháp Miyoshi (1977) Cả hai phương pháp dùng mô hình lò xo trong việc mô phỏng ứngxử ứng suat — biên dạng cua dat.

Phương pháp lò xo hai bên mô phỏng đất bên trong và bên ngoài hố đào như các lò xo

MĐTN

TAK,

77

Mat dao dat

Thanh chéng

Day hố dao

MBTN

WwWw

ZS

—N——x——N—

Lò xo (đất, nye

—w——M——N—

—-2°—]y—

-19-CHUONG 3

PHAN TÍCH UNG XU TƯỜNG VAY CUA HO ĐÀO SAU

3.1 Dat van déChương này nhân mạnh vào việc khảo sát phương trình hệ số nền theo phươngngang trong kết quả phân tích chuyển vị ngang của thân tường vây của dự án Hud Tower— Quận Thanh xuân — Hà nội Nghiên cứu thông số liên quan với cường độ của đất và vàithông số cơ bản khác của đất dé phân tích ứng xử tường vây trong hồ đảo sâu

3.2 Giới thiệu về công trình Hud Tower

Tính toán phan tử hữu hạn Plaxis được tiến hành dé kiểm tra ứng dụng của chươngtrình tính toán VEX cho dự án Hud Tower, qui trình thi công được ghi lại đầy đủ và có sốliệu quan trắc hiện trường Công trình Hud Tower có 3 tang ham, sử dụng phương phápthi công Top-Down với 4 giai đoạn đào đất Hỗ đào rộng 40m và sâu nhất 12.0m Hồ đàođược chan giữ bang tường vây có bê dày 800mm với độ sâu của tường 25m, thanh giằngH300x300x10x15 với khoảng cách thanh giang là 5.0m và kết hợp với san tang ham làmgiang chong cho thi công đào đất

Sau khi thi công xong tường vây DW800 va cọc khoan nhỏi, kingpost thì tiếnhành thi công dao đất tầng ham Quá trình thi công được tóm tắt như sau:

Giai đoạn 1: Dao đất lần 1 xuống cao độ -3.000mGiai đoạn 2: Lắp giằng chống H300x300x10x15 tại cao độ -2.000m.Giai đoạn 3: Đảo đất lần 2 xuống cao độ -5.000m

Giai đoạn 4: Thi công san hầm BI tại cao độ -3.500mGiai đoạn 5: Tháo chống H300x300x10x15 và thi công sàn trệt dày 200mmGiai đoạn 6: Đào đất lần 3 xuống cao độ -9.000m,

Giai đoạn 7: Thi công san hầm B2 tại cao độ -7.000mGiai đoạn 8: Dao đất lần 4 xuống cao độ -12.000m, rồi thi công các dai móng bè

3.3 Điều kiện địa chat công trình

đât có các chỉ tiêu cơ lý như sau:

Lớp 1: Sét pha, màu xám trăng, trạng thái dẻo mềm - dẻo cứng- Độ âm tự nhiên W (%): : 19.96- Dung trọng tự nhiên z(kN/m) :19.8

- Ty trọng G, : 2.7- Do bao hoa S, : 87

- Hệ số rỗng Go : 0.637

- Giới hạn chảy W¡ (%) : 27.2- Giới hạn dẻo Wp (%) : 15.5

- Chi số dẻo Ip : 11.7- Góc ma sat trong Ø'() : 175131- Lực dính c’ ( kNÑ/m') : 19,5- Sức kháng cat không thoát nước s„ (kN/m'): 50- Chỉ số SPT : 8-12

Lớp 2: Sét màu nâu vàng, trạng thái cứng

- Độ am tự nhiên W (%): : 17.98

-2] Dung trọng tự nhiên 7 (kKN/m’) : 20.4

- Ty trọng G, : 2.73- Độ bão hòa S, :85

- Hệ số rỗng Go : 0.576

- Gidi hạn chảy W, (%) : 44.9- Giới hạn dẻo Wp (%) : 23.2

- Chỉ số dẻo Ip :21.7- Góc ma sát trong Ø'() :21226'- Lực dính c’ ( kN/m') :42.3- Sức kháng cắt không thoát nước s, (KN/m’) : 180- Chỉ số SPT : 30-40

Lớp 3: Lớp cát pha, màu nâu vàng, trạng thái chặt

- Độ am tự nhiên W (%): :18.53- Dung trọng tự nhiên y (KN/m’) : 20.1

- Ty trong G, : 2.67- Do bao hoa S, : 86

- Hệ số rỗng Go : 0.573- Góc ma sat trong Ø'() : 20519!- Lực dính e' (kN/m?) : 4.80- Chỉ số SPT : 30-453.4 Phan tích các thông số sử dụng trong mô phỏng

3.4.1 Thông số kết cau

a Thông số tường vâyĐộ cứng tường vây áp dụng trong đề tài này sử dụng phương trình 3.1 Trong khiđó, modul Đàn hồi của bê tông sử dụng phương trình 3.2 và moment quán tính của tường

của sử dụng phương trình 3.3.

K=EI (3.1)

Trong đó,

K= độ cứng của tường (KN/m’)f =cường độ nén của bê tông cấp độ bền B25, lẫy /; =35MPab = Im (cat dai có chiều dai 1m)

h= bề day của tường (m)b Thông số sàn ham

Độ cứng dọc trục của sàn

EA

Trong đó,K= độ cứng của sàn (kN/m)

E, = modul Đàn hồi của bê tông, £, =5000,/ f° (kN/m?)

f =cường độ nén của bê tông cấp độ bền B25, lẫy /; =35MPaA = diện tích mặt cắt ngang của san ham

L= chiều dài của sàn hầm (thường lay bằng 1⁄2 bề rộng hỗ đào =B/2)c Thông số thanh chong

Độ cứng dọc trục của thanh chống thép

K=“= (3.5)Trong đó,

K= độ cứng của thanh chống (kN/m/m)

-23-Es = modul đàn hồi của thép, E, =2.1x10° (kKN/m’)A = diện tích mặt cat ngang của thanh chongL= chiều dài của thanh chống (thường lay bằng 1⁄2 bề rộng hỗ đào =B/2)S= khoảng cách theo phương ngang giữa 2 thanh chống (m)

Thông sô đầu vào của dat nên

Đối với đất quá có kết (OC), theo Schmidt (1967) va Alpan (1967) có thé

biêu diễn theo công thức sau:

Koc = KoycxOCR” (3.8)Trong đó,

Ksoc = hệ SỐ áp lực đất tĩnh cho đất quá có kết với chỉ số quá có kết OCRKonc = hệ số áp lực đất tĩnh cho đất có kết thường

a = hệ sô thực nghiệm, a = sing’

c Sự phân bồ áp lực đất ngangXem xét hầu hết áp lực đất thực, lý thuyết áp lực đất chủ động và bị động Caquot— Kerisel thường được chấp nhận cho phân tích và thiết kế các bai toán h6 dao sâu Hơnnữa, áp lực đất Caquot — Kerisel, cũng như áp lực đất Coulomb, dé cập đến ma sát giữađất và tường Lý thuyết áp lực đất Rankine không xem xét lực dính và ma sát giữa đất và

tường.

Padfield Mair (1984) đề nghị kết hợp lý thuyết Rankine và Caquot — Kerisel trongtính toán áp lực đất Đối với đất sét hoàn toàn bão hòa (=0) vac =sụ, K, = Ky = 1, vìthé:

(3.9)(3.10)

(3.11)

(3.12

-25-Do áp lực nước lỗ rỗng tiêu tán nhanh phát sinh trong đất rời (#0), phươngpháp ứng suất hữu hiệu được kiến nghị bởi Padfield va Mair (1984) trong việc tính toánáp lực đất như sau:

ơ.=K„ø —K„e =K„(ø —u)—K„e (3.13)o =K,.(o,-u)+K, c =K,(y,h~u)+K„e (3.14)0,=y,h (3.15)Trong đó,

o = áp lực dat chủ động hữu hiệu (phương ngang) tác dụng lên tườngo =áp lực dat bi động hữu hiệu (phương ngang) tac dụng lên tường

c = lực dính hữu hiệu

c„ = lực dính giữa đất và tườngK, = hệ số áp lực đất chủ động Caquot - KeriselK, =hệ số áp lực đất bị động Caquot - Kerisel

ơ, = ứng suất thang đứngy, = dung trọng đất bão hòah= độ sâu đất

3.5 Kết quả phân tích các thông số3.5.1 Thông số cho phương pháp dam trên nên đàn hồi (chương trình VEX)

a Thông số tường vây DW800Tường vay (diaphragm wall), chiều sâu từ mặt đất tự nhiên biến đổi từ L=25m,tường day 800mm Bê tông dùng dé thi công là bê tông mác M350(B25) có modul đànhồi là E, = 3.0x10’kKN/m’

Tên câu kiện | Đặc trưng chịu lực Ký hiệu Gia tri Don vi

Tinh chat vật liệu Material Type Elastic

Tường vây | Độ cứng chống nén EA 2.40x10’ in)

Câu kiện Thông sô Kí hiệu Gia tri Don vi` Tinh chat vật liệu Material type Elastic -San ham trét va :

Độ cứng dọc trục EA/ L, 6.0x10 kN1,2 day 200mm

Bước neo L, 1.0 m

c Thông số thanh chong H300x300x10x15Hệ thanh chống thép hình H300x300x10x1521 tại cao độ -2.000, sử dụng thép cómác SS400 hay (CT34) có modul đàn hồi E = 2.1x10°kN/m?

Cau kiện Thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị

Tính chất vật liệu Material type Elastic H300x300x10x15 | Độ cứng doc trục EA/ Lg 4.914x10° kN

-Bước neo L, 5.0 m

Tên câu kiện | Đặc trưng chịu lực Ký hiệu Gia tri Don vi

Tinh chat vật liệu Material Type Elastic

Tường vây | Độ cứng chống nén EA 2.40x107 in)

Câu kiện Thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị` Tính chất vật liệu Material type Elastic -

San ham 1,2 day :

Độ cứng dọc trục EA/ L, 6.0x10 kN200mm

Bước neo L, 1.0 m

c Thông số thanh chống H300x300x10x15Cau kiện Thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị

Tính chất vật liệu Material type Elastic H300x300x10x15 | Độ cứng dọc trục EA/ L, 2.457x10° kN

-Bước neo L, 5.0 m

d Thông số đất nền

Thông sô Ký hiệu Lớp 1 Lớp 2 Lớp3 | Đơn vị

Sét pha, trạng thái | Sét nâu đỏ | Cát pha,

dẻo mềm, dẻo trạng thái | trạng thái

cứng cứng chặtMô hình vật liệu Model MC MC MC -

Ứng xử vật liệu Type undr undr dr Dung trong khô y(unsat.) 16.5 17.3 17.0 kN/m”

-Dung trọng ướt y(sat.) 19.8 20.1 20.1 kN/mÏ

Hệ số thâm k,=k, 8.64e-4 8.64e-4 0.864 | m/ngayModul dan hồi Ever 25000 89600 80000 | KN/m?Hé s6 Poisson V 0.35 0.35 0.3 -Lue dinh 0 19.5 42.3 4.8 kN/m?

Góc nội ma sát Ọ' 1713: 21°26 29°19 °

Góc giãn nở y 0 0 0 °

+ Đối với dat sét: Eres = 2800N+ Đối với dat cát: Ener = 2500N