LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ NGHIÊN CỨU CỘT ĐẤT TRỘN XI MĂNG TRONG GIA CỐ ĐẤT NỀN QUANH HỐ ĐÀO SÂU TẠI HẦM THỦ THIÊM

Tên đề tài : NGHIÊN CỨU CỘT ĐẤT TRỘN XI MĂNG TRONG GIA CỐ ĐẤT NỀN QUANH HỐ ĐÀO SÂU TẠI HẦM THỦ THIÊM Vấn đề thiết kế đảm bảo độ ổn định và an toàn thi công hố đào sâu luôn là bài toán k

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

Tp HCM, ngày 03 tháng 07 năm 2009

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành : Xây dựng đường ôtô và đường thành phố

1 TÊN ĐỀ TÀI: “ NGHIÊN CỨU CỘT ĐẤT TRỘN XI MĂNG TRONG GIA CỐ ĐẤT

NỀN QUANH HỐ ĐÀO SÂU TẠI HẦM THỦ THIÊM “

2 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Nghiên cứu tác dụng của cột đất trộn xi măng dùng gia cường

đất quanh hố đào sâu tại hầm Thủ Thiêm

3 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

Chương 1 : Tổng quan về hố đào sâu và vấn đề giữ ổn định hố đào sâu bằng trụ đất

trộn xi măng Chương 2 : Cơ sở lý thuyết tính toán đất gia cường bằng cột đất trộn xi măng quanh hố

đào sâu Chương 3 : Nghiên cứu tác dụng của cột đất trộn xi măng gia cố quanh hố đào tại dự án

hầm Thủ Thiêm Chương 4 Nhận xét, kết luận và kiến nghị

4 NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :

5 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 03/07/2009

6 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1 : GS.TSKH NGUYỄN VĂN THƠ

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2 : TS LÊ BÁ VINH

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

LỜI CẢM ƠN

Khoảng thời gian 2 năm học tập và nghiên cứu tại trường Đại Học Bách Khoa với tôi là khoảng thời gian đầy thú vị và nhiều thử thách

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong bộ môn đã nhiệt tình chỉ bảo, xin cảm

ơn tất cả anh chị và các bạn trong lớp cao học Xây Dựng Đường Ôtô và Đường Thành Phố khóa 2007

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TSKH Nguyễn Văn Thơ và TS Lê Bá Vinh, các thầy đã nhiệt tình giúp đỡ, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này

Xin cảm ơn gia đình tôi, những người luôn tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong cuộc sống và học tập, nghiên cứu Xin cảm ơn anh Tùng, những người bạn thân, đồng

nghiệp luôn động viên giúp đỡ tôi Và cuối cùng xin cảm ơn Công ty Obayashi Corporation

về những số liệu đã cung cấp

TP Hồ Chí Minh, Ngày Tháng Năm 2009

Học viên

Phạm Hùng Tiến

Tên đề tài : NGHIÊN CỨU CỘT ĐẤT TRỘN XI MĂNG TRONG GIA CỐ ĐẤT

NỀN QUANH HỐ ĐÀO SÂU TẠI HẦM THỦ THIÊM

Vấn đề thiết kế đảm bảo độ ổn định và an toàn thi công hố đào sâu luôn là bài toán khó vì cho dù có nhiều tiến bộ trong tính toán mô phỏng dựa trên các mô hình tính toán diễn tả được ứng xử đất nền khá gần với thực tế nhưng vẫn có những sự cố công trình liên quan đến hố móng sâu gây ra

Một số phương pháp giữ ổn định hố đào sâu phổ biến như: Sử dụng thanh chống thông qua hệ thống kích; Sử dụng neo trong đất; Gia cường đất quanh hố đào Trong các phương pháp trên phương pháp gia cường đất quanh hố đào là một phương pháp được chú ý đến nhiều với sự phát triển của công nghệ thi công cột đất trộn xi măng (DSMC) Công nghệ này được sử dụng vì có thể thi công trong phạm vi hẹp (nhất là trong điều kiện thành phố) và không gây ảnh hưởng đến tường chắn và các công trình xung quanh

Hầm Thủ Thiêm là công trình trọng điểm trong dự án Đại Lộ Đông Tây được coi

là một trong những công trình sử dụng DSMC với số lượng lớn và đa dạng mục đích sử dụng nhất Tại hầm dẩn Thủ Thiêm tại lý trình 14km350 đến 14km365 được sử dụng để gia cường đất cả bên trong và bên ngoài hố đào Luận văn sẽ nghiên cứu tác dụng của các vùng đất gia cường bằng DSMC này thông qua việc mô phỏng bài toán bằng phần mềm Plaxis, một công cụ rất mạnh sử dụng phương pháp FEM

Với việc phân tích một công trình điển hình với địa chất rất đặc trưng của khu vực Đông Nam Bộ, kết quả nghiên cứu sẽ rất hữu ích trong việc áp dụng vào các công trình tương tự, những công trình nằm trong khu vực có địa chất yếu Ngoài ra, luận văn cũng trình bày một phương pháp tính toán vùng đất gia cường phía ngoài hố đào, phương pháp này có thể áp dụng ở bất kỳ công trình nào

STUDY SOIL-CEMENT COLUMNS IN REINFORCING GROUND AROUND

DEEP EXCAVATIONS AT THU THIEM TUNNEL

Designing to ensure stablization and executing deep excavations safety are always hard task Though having many advances in calculating by reproduce based on calculated geometries which conduct quite near with practice, a lot of breakdown happened, which are concerned about deep excavations

Some popular maintaining stablization for deep excavations : using struts and wales through pulley systems, using anchors underground, improved soil around deep excavations Improved soil around deep excavations is one of the approaches which is paid much attention to the development of DSMC This technology is applied because it can be constructed in narrow scopes (especially in city conditions) and don’t affect to reliable wall and works nearby

Thu Thiem tunnel is an essential work in East-West highway project which is one

of the works using large quantity of DSMC and various purposes At station 14km350 to 14km365 of Thu Thiem tunnel, DSMC is used to improve the ground both inside and outside of deep excavations This essay studies effects of DSMC improved soil though imitating the task by Plaxis software, an effecttive tool using FEM

By analysing one typical work with specific geology of South-East region, the study’s result will be very useful for applying to the same works, which are in soft soil Besides, this essay also states one method to calculate improved soil outside of deep excavations This method can be use in any work

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU VÀ VẤN ĐỀ GIỮ ỔN ĐỊNH HỐ

ĐÀO SÂU BẰNG TRỤ ĐẤT TRỘN XI MĂNG (DSMC) 1

1.1 TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU 1

1.2 VẤN ĐỀ ỔN ĐỊNH VÀ SỰ CỐ HỐ ĐÀO SÂU 2

1.2.1 Ổn định hố đào sâu 2

1.2.2 Sự cố hố đào sâu 2

1.3 GIỮ ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU BẰNG DSMC 5

1.3.1 Tổng quan về công nghệ DSMC 5

1.3.2 Sử dụng DSMC trong ổn định hố đào sâu 8

1.4 MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN 11

1.5 PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU 12

1.6 GIỚI HẠN LUẬN VĂN 12

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ĐẤT GIA CƯỜNG BẰNG DSMC QUANH HỐ ĐÀO SÂU 13

2.1 LÝ THUYẾT ÁP LỰC ĐẤT CỦA RANKINE 13

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ÁP LỰC LÊN TƯỜNG CHẮN GIỮ LIÊN TỤC TRONG ĐẤT 15

2.2.1 Phương pháp SACHIPANA 16

2.2.2 Phương pháp đàn hồi 18

2.2.3 Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) 20

2.3 TÍNH TOÁN VÙNG ĐẤT GIA CƯỜNG BẰNG DSMC PHÍA NGOÀI HỐ ĐÀO (PHÍA CHỦ ĐỘNG) 22

2.3.1 Trường hợp đất sau lưng tường ở trạng thái chủ động 24

2.3.2 Trường hợp đất sau lưng tường ở trạng thái bị động 27

ĐÀO TẠI DỰ ÁN HẦM THỦ THIÊM 31

3.1 TỔNG QUAN VỀ DỰ ÁN HẦM THỦ THIÊM 31

3.2 PHÂN TÍCH ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT VÀ CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ 35

3.3 PHÂN TÍCH KẾT CẤU HẦM 47

3.4 GIA CỐ ĐẤT XUNG QUANH HỐ ĐÀO BẰNG DSMC 50

3.4.1 Gia cố đất nền bằng DSMC phía trong hố đào 52

3.4.2.Gia cố đất nền bằng DSMC phía ngoài hố đào 56

3.5 TRÌNH TỰ THI CÔNG 58

3.6 PHÂN TÍCH MÔ HÌNH 63

3.6.1.Đánh giá mô hình 63

3.6.2.Hệ số an toàn SF 66

3.7 PHÂN TÍCH CÁC TRƯỜNG HỢP BẰNG PLAXIS 67

3.7.1 Trường hợp 1 : Sử dụng DSMC để gia cường đất ở phía chủ động 67

3.7.2 Trường hợp 2 : Sử dụng DSMC để gia cường đất ở phía bị động 79

3.7.3 Trường hợp 3 : Nghiên cứu ảnh hưởng của chất lượng DSMC đến tác dụng gia cường đất ở xung quanh hố đào 86

3.7.4 Trường hợp 4 : Sử dụng DSMC để gia cường đất ở cả phía chủ động và phía bị động 90

3.8 TÍNH TOÁN VÙNG ĐẤT GIA CƯỜNG DSMC BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH 92

CHƯƠNG 4 : NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99

4.1 NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN 99

4.2 KIẾN NGHỊ 101

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CHUYÊN NGÀNH : XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ

VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ

MÃ SỐ NGÀNH : 60 58 30

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07/2009

KẾT QUẢ TÍNH TOÁN BẰNG PLAXIS

Các trường hợp :

A Trường hợp không gia cường đất quanh hố đào

B Trường hợp gia cường đất phía chủ động

C Trường hợp gia cường đất phía bị động

D Trường hợp gia cường đất với chất lượng DSMC khác nhau

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU VÀ VẤN ĐỀ GIỮ ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU BẰNG TRỤ ĐẤT TRỘN XI MĂNG (DSMC)

1.1 TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU

Móng là hạng mục đóng vai trò cực kỳ quan trọng đến sự bền vững của công trình Độ sâu đặt móng là một trong những nhân tố chủ đạo ảnh hưởng đến độ ổn định, tính vĩnh cửu và sự khai thác bình thường của công trình Do vậy việc giữ ổn định hố đào trong suốt quá trình thi công móng công trình cũng là một yếu tố cần đặc biệt chú ý Theo độ sâu đào Terzaghi và Peck (1967) chia hố đào thành hai loại : hố đào nông (dưới 6m), hố đào sâu (trên 6m) Tuy nhiên có khi độ sâu hố đào nhỏ hơn 6m nhưng phải đào trong điều kiện địa chất công trình và điều kiện thủy văn phức tạp thì cũng phải xử lý như đối với hố đào sâu Các loại công trình xây dựng hạ tầng thường gặp hố đào sâu như : hệ thống cấp thoát nước; hệ thống bể chứa và xử lý nước thải; bãi đậu xe, gara ôtô, kho hàng; ga và đường tàu điện ngầm, đường cao tốc; các trung tâm thương mại, cao ốc; công trình phòng vệ dân sự…

Hố đào là một loại công việc tạm thời, có giá thành cao, khối lượng công việc lớn , kỹ thuật phức tạp Đồng thời cũng là trọng điểm để hạ thấp giá thành và bảo đảm chất lượng công trình Mọi sự cố xảy ra với với hố đào thì xử lý sẽ rất khó khăn, gây tổn thất lớn về mặt kinh tế và ảnh hưởng nghiêm trọng về mặt xã hội

Công trình hố đào đang phát triển theo xu hướng độ sâu lớn, diện tích rộng có khi đạt tới hàng trăm mét Theo đà phát triển cải tạo các thành phố cũ, các công trình cao tầng, siêu cao tầng của thành phố lại thường tập trung ở những khu đất nhỏ hẹp, mật độ xây dựng lớn, dân cư đông đúc, giao thông chen lấn, điều kiện để thi công công trình hố móng đều rất kém Lân cận công trình thường có các công trình xây dựng vĩnh cửu, các công trình lịch sử, nghệ thuật bắt buộc phải được an toàn, không thể nào có mái dốc, yêu cầu đối với việc ổn định và khống chế chuyển dịch rất là nghiêm ngặt

Công trình hố đào gồm nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau như chắn đất, chống giữ, ngăn nước, hạ mực nước ngầm, đào đất, trong đó chỉ một khâu nào đó thất bại thì cũng sẽ dẫn tới sự cố cho hố móng

Công trình hố đào có chu kỳ thi công dài, từ khi đào đất đến khi hoàn thành toàn

bộ các công trình kín khuất ngầm dưới mặt đất phải trải qua nhiều lần mưa to, nhiều lần chất tải, chấn động, thi công có sai phạm tính ngẫu nhiên của mức độ an toàn tương đối lớn, sự cố xảy ra thường là đột biến

1.2 VẤN ĐỀ ỔN ĐỊNH VÀ SỰ CỐ HỐ ĐÀO SÂU

1.2.1 ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU

Khi làm làm công trình có hạng mục nằm ngầm qua đất yếu, một mục tiêu thiết

kế quan trọng là ổn định hố đào Sự ổn định theo nghĩa này nói tới khả năng của hệ tường chắn chống lại sự quay của tường và biến dạng đất tổng thể đi kèm với các biến dạng cắt quay lớn (hay sự phá hoại cắt) của đất Biến dạng gây ra từ tình huống như vậy

có xu hướng phát triển theo chiều đi xuống (lún) ở bên ngoài hố đào và lên trên (bùng nền) trong phạm vi hố đào

Hình dạng của hố đào và hệ tường chắn cần phải thỏa mãn hai chế độ ổn định

Hố đào phải được thiết kế với hệ số an toàn đủ để chống lại sự bùng nền Bài toán này đã được Terzaghi phân tích (năm 1949) và sau đó được cải tiến bởi Bjurrum và Eide (1956) Hệ số an toàn cho chế độ này về cơ bản là một hàm số của cường độ chống cắt của đất và chiều sâu đào Chiều sâu chân tường dưới cao độ đáy hố đào không ảnh hưởng lớn tới tính ổn định cho tới khi cao độ mũi đạt tới lớp đất cứng

Cả hai điều kiện ổn định trên đều có khả năng gây biến dạng lớn Ngay cả khi phá hoại không xảy ra, nếu hệ số an toàn thấp sẽ tạo sự phát triển tương đối lớn các biến dạng cắt Để giữ cho biến dạng nằm trong phạm vi chấp nhận được và tránh trượt lớn, điều quan trọng là phải có các biện pháp thiết kế và đề phòng thích hợp khi thi công Ví dụ, tại vùng đất sét nhạy cảm, cần dùng hệ số an toàn lớn hơn so với các trường hợp tạm thời thông thường, tính tới sự chùng biến dạng (ứng suất) Trong quá trình xây dựng, các công việc được kiểm soát cẩn thận

1.2.2 SỰ CỐ HỐ ĐÀO SÂU

Đây là vấn đề luôn phải đặc biệt chú ý khi thiết kế và thi công hố đào Sự cố mặt

dù luôn được chú ý đến nhưng không thể tránh khỏi Điều này là do đặc thù của công tác thiết kế và thi công rất phức tạp Công tác thiết kế hố đào có những điểm đặc trưng sau :

- Tính không xác định của ngoại lực : ngoại lực tác dụng lên các kết cấu chắn giữ (áp lực chủ động và bị động của đất và áp lực nước) sẽ thay đổi theo điều kiện môi trường, phương pháp thi công và giai đoạn thi công

- Tính không xác định của biến dạng : khống chế biến dạng là điều quan trọng trong thiết kế kết cấu chắn giữ Có nhiều nhân tố ảnh hưởng tới sự biến dạng này như : độ cứng của tường vây, cách bố trí thanh chống hoặc neo và đặc tính mang tải của cấu kiện, tính chất của đất nền, sự thay đổi của mực nước dưới đất, chất lượng thi công, trình độ quản lý ngoài hiện trường

- Tính không xác định của đất : đất nền luôn không đồng nhất Việc xác định tính chất của đất được xác định theo các phương pháp khác nhau tùy theo vị trí và giai đoạn thi công hố móng Do vậy tính chất của đất luôn thay đổi nên sự tác dụng của đất nền lên kết cấu chắn giữ hoặc lực chắn giữ của nó theo đó mà thay đổi theo

- Những nhân tố ngẫu nhiên gây ra sự thay đổi : những thay đổi ngoài ý muốn của

sự phân bố áp lực đất trên hiện trường thi công, sự không nắm vững chướng ngại vật trong lòng đất, những thay đổi của môi trường xung quanh đều có ảnh hưởng đến việc thi công và sử dụng hố đào sâu một cách bình thường

Phân tích một vài sự cố hố đào sâu điển hình ở Việt Nam và trên thế giới để thấy được phần nào mức độ phức tạp trong thiết kế và thi công hố đào sâu :

v Sự cố cao ốc Pacific (TP Hồ Chí Minh)

Hình 1 1 - Thi công hố móng cao ốc Pacific làm sập một phần viện KHXH Nam Bộ

- Vị trí : Quận 1, TP Hồ Chí Minh

- Nguyên nhân tai nạn : nguyên nhân chủ yếu của sự cố này là chất lượng thi công tường tầng hầm không tốt (chất lượng bê tông của tường thấp dẫn đến tường bị thủng) Thêm vào đó mực nước dưới đất bên ngoài tầng hầm rất cao nước theo các khe thủng tạo thành dòng chảy rất mạnh kéo theo đất cát chảy vào tầng hầm đồng thời làm rỗng xốp, làm xói lở và phá hoại đất nền của móng các công trình lân cận, khiến cho các công trình

đó bị biến dạng, bị sụt lún, thậm chí bị phá hoại

- Thiệt hại : làm sập hoàn toàn toà nhà viện KHXH Nam Bộ, và làm hư hỏng các khối nhà lân cận khác

v Sự cố sập hầm dẫn Nicol Highway Singapore

Hình 1 2 - Sập hầm dẫn ở Nicol highway Singapore

Công trình này có đặc điểm rất giống với hầm Thủ Thiêm

- Vị trí : Nicol highway Singapore

- Nguyên nhân tai nạn : Viện MIT đã chỉ ra nguyên nhân chính dẫn đến sập hầm là

do phân tích sai địa chất khu vực và đánh giá quá cao sức chống cắt của đất trong khu vực phân tích Do vậy việc thiết kế kết cấu chống đỡ áp lực đất trong vùng đất sét yếu không đảm bảo

- Thiệt hại : làm chết 4 người công nhân và làm sạt lở nghiêm trọng các công trình xung quanh

1.3 GIỮ ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU BẰNG DSMC

1.3.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ DSMC

Từ rất lâu, phương pháp DSMC đã được dùng để cải tạo đất Sự ổn định dưới sâu của DSMC là đề tài nghiên cứu trong một thời gian khá dài ở Thụy Điển, Nhật và các nước khác Viện đĩa kỹ thuật Thụy điển cùng với Linden-Alimak A.B và giáo sư Bengt Broms đã áp dụng rộng rãi kỹ thuật DSMC cho móng và công tác đất, bao gồm cả khối đắp và hố đào trong đất sét yếu

Sau đại chiến thế giới lần thứ hai, Mỹ là nước đầu tiên nghiên cứu về cọc ximăng trộn tại chỗ (MIP), đường kính cọc 0.3-0.4m, dài 10-12m Năm 1950 truyền vào Nhật Bản, năm 1974 Trạm nghiên cứu kỹ thuật bến cảng của Nhật Bản hợp tác nghiên cứu thành công phương pháp trộn xi măng để gia cố (CMC) Năm 1977, Trung Quốc bắt đầu thí nghiệm trong phòng và nghiên cứu chế tạo máy hai trục đầu tiên để trộn dưới sâu Năm 1990 Nhật Bản đưa ra loại công nghệ thi công trộn dưới sâu mới gọi là phương pháp RR, khi thi công đầu trộn lên xuống, lắc ngang và quay tròn trộn ngược lên làm thành cọc, một lần làm cọc có thể trộn được thân cọc có đường kính tới 2m Năm 1999 đã

có Hội nghị thế giới về DSMC (Dry Mix Methoads for Deep Soil Stabilization) ở Rotterdam (Hà Lan)

Phương pháp trộn dưới sâu thích hợp với các loại đất được hình thành từ các nguyên nhân khác nhau như đất sét dẻo bão hòa, bao gồm bùn nhão, đất bùn, đất sét và

đất sét bột… Độ sâu gia cố từ vài mét đến 50-60m Hình 1 3

Các trường hợp cơ bản sử dụng DSMC (theo Hiệp hội DJM Nhật Bản, 1996)

mô tả các trường hợp ứng dụng DSMC

Trong phạm vi luận văn này sẽ nghiên cứu trường hợp sử dụng DSMC để giữ ổn định hố đào sâu và xét kỹ trường hợp dùng DSMC để gia cường cho vùng đất xung quanh hố đào để giúp ổn định hố đào sâu

Hình 1 3 Các trường hợp cơ bản sử dụng DSMC (theo Hiệp hội DJM Nhật Bản, 1996)

Nguyên lý cơ bản của việc gia cố xi măng-đất là xi măng sau khi trộn với đất sẽ sinh ra một loạt phản ứng hóa học rồi dần dần đóng rắn lại Có hai phương pháp trộn là phương pháp trộn ướt và phương pháp trộn khô Sự khác nhau của hai phương pháp này

được thể hiện ở hai sơ đồ sau (theo TCXDVN 385-2006)

(a) Sơ đồ thi công trộn khô

Hình 1 4 – Sơ đồ thi công phương pháp trộn khô (a) và trộn khô (b) trụ đất-xi măng

Phương pháp được sử dụng tại công trình đang xét đến trong luận văn này (đường dẫn hầm Thủ Thiêm) là phương pháp trộn khô JMM (Jet and Mechanical Mixing) Trong chương 3 sẽ xét kỹ về phương pháp này

Ở Việt Nam, công nghệ này đầu tiên được nghiên cứu vào năm 1980 với sự giúp

đỡ của viện địa kỹ thuật Thụy Điển (SGI) Đề tài nghiên cứu được Bộ Xây Dựng nghiệm thu vào năm 1985 và đã được áp dụng cho một số công trình dân dụng và công nghiệp ở

Hà Nội và Hải Phòng

Công trình ứng dụng DSMC đầu tiên ở phía nam do công ty phát triển kỹ thuật xây dựng thi công hợp tác với công ty Hercules (Thụy Điển) làm tại khu công nghiệp Trà Nóc (Cần Thơ) sâu đến 20m bằng hệ thống tự động từ khâu khoan, phun xi măng và trộn với tổng chiều dài cọc gần 50.000m

Từ năm 2002 đã có một số dự án bắt đầu ứng dụng DSMC vào xây dựng các công trình trên nền đất, cụ thể như: Dự án cảng Ba Ngòi (Khánh Hòa) đã sử dụng 4000m DSMC có đường kính 0,6m thi công bằng trộn khô; xử lý nền cho bồn chứa xăng dầu đường kính 21m, cao 9m ở Cần Thơ Năm 2004 DSMC được sử dụng để gia cố nền móng cho nhà máy nước huyện Vụ Bản (Hà Nam), xử lý móng cho bồn chứa xăng dầu ở Đình Vũ (Hải Phòng), các dự án trên đều sử dụng công nghệ trộn khô, độ sâu xử lý trong khoảng 20m Tháng 5 năm 2004, các nhà thầu Nhật Bản đã sử dụng Jet - grouting để sửa chữa khuyết tật cho các cọc nhồi của cầu Thanh Trì (Hà Nội) Năm 2005, một số dự án

(b) Sơ đồ thi công trộn ướt

cũng đã áp dụng DSMC như: dự án thoát nước khu đô thị Đồ Sơn - Hải Phòng, dự án sân bay Cần Thơ, dự án cảng Bạc Liêu….Năm 2004, Viện Khoa học Thủy lợi đã tiếp nhận chuyển giao công nghệ khoan phụt cao áp (Jet-grouting) từ Nhật Bản Đề tài đã ứng dụng công nghệ và thiết bị này trong nghiên cứu sức chịu tải của cọc đơn và nhóm cọc, khả năng chịu lực ngang, ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến tính chất của DSMC, nhằm ứng dụng DSMC vào xử lý đất yếu, chống thấm cho các công trình thuỷ lợi Nhóm

đề tài cũng đã sửa chữa chống thấm cho Cống Trại (Nghệ An), cống D10 (Hà Nam), Cống Rạch C (Long An) Tại thành phố Đà Nẵng, DSMC được ứng dụng ở Plazza Vĩnh Trung dưới 2 hình thức: Làm tường trong đất và làm cọc thay cọc nhồi

Tại Tp Hồ Chí Minh, DSMC được sử dụng trong dự án Đại lộ Đông Tây, một số building như Saigon Times Square …Hiện nay, các kỹ sư Orbitec đang đề xuất sử dụng DSMC để chống mất ổn định công trình hồ bán nguyệt – khu đô thị Phú Mỹ Hưng, dự án đường trục Bắc – Nam (giai đoạn 3) cũng kiến nghị chọn DSMC xử lý đất yếu

Tuy nhiên, vấn đề khó khăn hiện nay là máy móc chuyên dụng cho thi công Giá nhập khẩu thiết bị này đến hơn chục tỷ đồng Do vậy, đây là một vấn đề rất khó khăn cho nhiều đơn vị xây dựng trong nước hiện nay, hầu hết máy móc đều vận chuyển từ nước ngoài sang rất tốn kém và mất thời gian Gần đây Viện Khoa học và Công nghệ GTVT

được giao thực hiện đề tài “Nghiên cứu dây chuyền thiết bị đồng bộ và thiết kế chế tạo

thiết bị tự động định lượng phun xi măng trong công nghệ thi công cọc xi măng đất gia

cố nền móng công trình” Kết quả bước đầu của đề tài này khá tốt, ngày 20/02/2009, Hội

đồng nghiệm thu cấp cơ sở của Viện Khoa học và Công nghệ GTVT đã đánh giá đề tài thực hiện đúng tiến độ, hoàn thành tốt các mục tiêu, sản phẩm theo đề cương được duyệt

Hi vọng với tiến độ này trong tương lai không xa chúng ta sẽ chủ động về dây chuyền máy móc chế tạo trụ đất trộn xi măng, khi đó công nghệ này sẽ được ứng dụng rộng rãi hơn nữa đặc biệt là cho các tĩnh phía Nam nước ta

1.3.2 SỬ DỤNG DSMC TRONG ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU

Vấn đề này đã được một số nước đề cập đến mà đi đầu là Thụy Điển Xin nêu một số công trình tiêu biểu đã áp dụng DSMC để gia cường đất nhằm giữ ổn định hố đào

Hình 1.5 là một công trình nhà cao tầng ở Gothenburg-Thụy Điển được xây dựng vào năm 2002 Nhà thầu Peab Sweaden AB đã kết hợp tường chắn (sheet piled wall) với DSMC với mục đích làm giảm áp lực chủ động lên tường chắn Với mục đích

này DSMC φ600mm (50% và 50% xi măng, 82kg/m3) với sức chống cắt 100kPa đã được

sử dụng gia cường cho vùng đất sau lưng tường mỗi hàng 7 cột khoảng cách giữa các cột

là 1.5m, sâu 9m DSMC được đưa vào sau khi đã thi công tường chắn, 2 tuần sau khi thi công xong vùng đất gia cường thì tiến hành đào hố móng

Hình 1.5 - DSMC được dùng để ổn định tường chắn ở AstraZeneca-Gothenburg-Thụy Điển

Trước đó tác giả Phung Duc Long và Hakan Bredenberg đã có nghiên cứu về việc sử dụng DSMC phía sau lưng tường để ổn định cho tường và có so sánh với trường hợp chỉ gia cố vùng đất bên trong hố đào cho công trình South Link ở Stockholm,Thụy Điển Tuy nhiên tác giả chưa xét trường hợp hố đào có thanh chống cũng như chưa xét tác dụng tương hỗ khi gia cường cả hai phía và chưa đưa ra phương pháp giải tích xác định kích thước vùng đất gia cường Luận văn sẽ nghiên cứu thêm các mặt hạn chế này

Hình 1 6 - Hình : Mô hình phân tích của Phung Duc Long và Hakan Bredenberg

Một số hình ảnh sử dụng DSMC gia cường quanh hố đào sâu tại một số công trình trên thế giới :

Hình 1 7 - Mặt bằng gia cường bằng DSMC, Đài Loan (Liao và cộng sự 1992)

Hình 1 8 - Sử dụng DSMC kết hợp tường trong đất tại công trình Lake Parkway, Mỹ

(Bahner và Naguib, 1998)

Ngoài những nghiên cứu và những công trình thực tế trên nhiều tác giả khác cũng đã có nghiên cứu về vấn đề này Có thể đề cập đến ở đây một vài tác giả như Woo (1990), Gaba (1990), Nakagawa (1996), Ueki (1999) các tác giả này đã nghiên cứu về việc sử dụng DSMC phía trong phạm vi hố đào để giữ ổn định hố đào sâu Hạn chế của

các tác giả này là chưa nghiên cứu tác dụng của DSMC trong việc giữ ổn định phía chủ động (phía sau lưng tường) cũng như chưa định ra phạm vi áp dụng của chúng Luận văn

sẽ làm rõ vấn đề này

Ở Việt Nam việc sử dụng DSMC để giữ ổn định hố đào trong thời gian gần đây

đã được sử dụng rất phổ biến nhất là các nhà cao tầng xây trong vùng địa chất yếu như tòa nhà Waseco… Tại công trình Hầm Thủ Thiêm DSMC cũng đã được nhà thầu Obayashi, Nhật Bản sử dụng để gia cường quanh hố đào sâu với những tác dụng rõ rệt

mà thực tế đã kiểm chứng Đây cũng là địa điểm luận văn sẽ tập trung phân tích

Luận văn sẽ xét kỹ trường hợp sử dụng DSMC để gia cường cho đất quanh hố đào có tường chắn là tường trong đất tại hạng mục Hầm Thủ Thiêm Ngoài các biện pháp dùng các thanh chống, neo thì đây có thể cũng là một phương pháp có thể xét đến khi thiết kế hố đào Phương pháp này đặc biệt hữu ích khi muốn gia cố hố đào khi thành hố đào có chuyển vị vượt quá giới hạn cho phép hoặc gia cố cho những vùng đất yếu cục bộ quanh hố đào sâu Thực tế phương pháp này cũng đã được ứng dụng tại hạng mục hầm dẫn Hầm Thủ Thiêm và cho kết quả rất tốt

Một ưu điểm rất quan trọng của DSMC là hầu như không gây tác động đến công trình xung quanh và có thể thi công trong điều kiện chật hẹp Do vậy sử dụng DSMC trong gia cố hố đào sâu hầu như sẽ không gây ảnh hưởng đáng kể đến tường chắn xung quanh hố đào Luận văn này sẽ nghiên cứu thêm khả năng của DSMC trong việc giữ ổn định hố đào sâu

1.4 MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN

- Nghiên cứu tác dụng của DSMC đến việc giữ ổn định thành hố đào tại hạng mục hầm dẫn Thủ Thiêm

- Đưa ra cách tính toán vùng đất gia cường bằng DSMC quanh hố đào Trường hợp thực tế xét đến là thành hố đào bằng tường trong đất (Diaphragm wall) và đất sau lưng tường ở trạng thái chủ động

1.5 PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU

- Sử dụng lý thuyết cơ học đất tính vùng đất gia cường bằng DSMC quanh hố đào

- Sử dụng phần mềm Plaxis để nghiên cứu các trường hợp dùng DSMC gia cường phía chủ động hố đào

- Sử dụng phần mềm Plaxis để nghiên cứu các trường hợp dùng DSMC gia cường phía bị động hố đào

- Nghiên cứu ảnh hưởng của chất lượng DSMC đến tác dụng làm ổn định tường chắn

- Thông qua việc so sánh kết quả tính toán với số liệu quan trắc thực tế qua các inclinometer được theo dõi hàng ngày bởi nhà thầu Obayashi, sẽ đánh giá kết quả tính toán với thực tế

1.6 GIỚI HẠN LUẬN VĂN

- Luận văn chỉ xét ảnh hưởng của vùng đất gia cường bằng DSMC đến ổn định của

hố đào sâu đào có hệ thống chắn giữ chưa xét đến việc sử dụng các phương pháp khác Tường chắn được xét đến là tường lên tục trong đất (Diaphragm wall), chưa xét mở rộng cho tất cả các loại tường vây

- Trường hợp xét đến là đất sau lưng tường ở trạng thái chủ động, chưa xét trường hợp đất sau lưng tường ở trạng thái bị động

- Chỉ xét giới hạn tại công trình hầm Thủ Thiêm, chưa xét mở rộng ra các công trình khác

- Vùng đất gia cường tính toán giải tích là thuộc dạng khối, chưa xét đến các dạng khác

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ĐẤT GIA CƯỜNG BẰNG DSMC QUANH HỐ ĐÀO SÂU

2.1 LÝ THUYẾT ÁP LỰC ĐẤT CỦA RANKINE

Lý thuyết áp lực đất Rankine được nhà vật lý người Anh William John Macquorn

Rankine (1820-1872) đưa ra lần đầu tiên vào năm 1857 Theo Rankine khi thể đất ở vào

trạng thái cân bằng đàn hồi : σz=γz ; σx=K0γz vòng tròn ứng suất O1 chưa tiếp xúc với

đường bao cường độ giới hạn cắt ( Hình 2 1 -b)

+ Trạng thái chủ động : Khi σz không đổi, σx giảm nhỏ dần, vòng tròn ứng suất O2tiếp xúc với đường bao cường độ, thể đất đạt đến trạng thái cân bằng giới hạn, σz và σx

lần lượt là ứng suất chính lớn nhất và nhỏ nhất Trong thể đất hai tổ mặt trượt làm thành góc kẹp 450+ϕ/2 với mặt phẳng ngang ( Hình 2 1 -c)

+ Trạng thái bị động : Khi σz không đổi, σx tăng lớn dần, vòng tròn ứng suất O2 tiếp xúc với đường bao cường độ, thể đất đạt đến trạng thái cân bằng giới hạn, σz và σx lần lượt là ứng suất chính nhỏ nhất và lớn nhất Trong thể đất hai tổ mặt trượt làm thành góc kẹp 450-ϕ/2 với mặt phẳng ngang ( Hình 2 1 -d)

Hình 2 1 Trạng thái chủ động và bị động Rankine

A Áp lực đất chủ động :

+ Với đất cát : P a =γ zKa

Nếu có xét đến áp lực nước γw z và tải trọng phân bố đều phía sau lưng tường q thì :

z Ka q z

+ Với đất sét : P a =γ zKa−2c K a

Nếu có xét đến áp lực nước γw z và tải trọng phân bố đều phía sau lưng tường q thì :

z K

c Ka q z

P a =(γ + ) −2 a +γ w (2.2)

245(tan2 °−ϕ

=

a

K : Hệ số áp lực đất chủ động

γ : Trọng lượng đơn vị thể tích đất (kN/m3)

γw : Trọng lượng đơn vị thể tích nước (kN/m3)

C, ϕ : Lực dính kết (kPa) và góc ma sát trong của đất (độ)

z : Cao độ từ điểm tính toán đến mặt đất lấp (m)

q : Tải trọng phân bố đầu sau lưng tường (kPa)

Hình 2 2 - Tính áp lực đất chủ động Rankine

(a) : Tường chắn đất dịch chuyển ra ngoài

(b) : Đất cát ; (c) : Đất sét

B Áp lực đất bị động :

+ Với đất cát : P p =γ zK p

Nếu có xét đến áp lực nước γw z và tải trọng phân bố đều phía sau lưng tường q thì :

z K

q z

+ Với đất sét : P a =γ zKa+2c K p

Nếu có xét đến áp lực nước γw z và tải trọng phân bố đều phía sau lưng tường q thì :

z K

c K q z

P p =(γ + ) p +2 p +γ w (2.4)

245(tan2 °+ϕ

Có rất nhiều giả thuyết tính toán đã được đưa ra để giải quyết vấn đề này Trong phạm vi luận văn này xin nêu một số phương pháp đó là phương pháp Sachipana và phương pháp đàn hồi (đây là những phương pháp được nêu trong “Quy phạm thiết kế móng kết cấu xây dựng Nhật Bản” được áp dụng tính toán cho hạng mục hầm Thủ Thiêm); Phương pháp Phần tử hữu hạn FEM (đây là phương pháp dùng trong lập trình tính toán Plaxis)

2.2.1 PHƯƠNG PHÁP SACHIPANA

Sachipana đã đưa ra phương pháp

tính lực trục thanh chống và mômen thân

tường, với những giả định như sau :

- Trong đất có tính dính, thân tường

xem là đàn hồi dài vô hạn

- Áp lực đất thân tường từ mặt đào trở

lên phân bố theo hình tam giác, từ mặt đào trở

xuống phân bố theo hình chữ nhật (đã triệt tiêu

áp lực đất tĩnh ở bên phía đào đất)

- Phản lực chống hướng ngang của đất

bên dưới mặt đào chia làm hai phân vùng : vùng dẻo đạt tới áp lực đất bị động có độ cao

là l; và vùng đàn hồi có quan hệ đường thẳng với biến dạng của thân tường

- Sau khi lắp đặt chống sẽ xem là

điểm chống bất động

- Sau khi lắp đặt tầng chống dưới thì

xem trị lực trục của tầng chống trên duy trì

không đổi, còn thân tường từ tầng chống

dưới trở lên vẫn duy trì ở vị trí cũ

- Điểm mômen uốn thân tường bên

dưới mặt đào M=0 xem là một khớp, và bỏ

qua lực cắt trên thân tường từ khớp ấy trở

xuống

Hình 2 4 - Sơ đồ tính toán chính xác theo phương pháp Sachipana

(1) : Vùng dẻo (2) : Vùng đàn hồi

Hình 2 5

Sơ đồ tính toán gần đúng theo phương pháp Sachipana

Phương pháp giải gần đúng chỉ cần dùng hai phương trình :

2 0 2

0)(

2

12

12

1

k

m m k m

k k m

m k

2 2

0 0

2

12

12

12

m m

k i

m m k

m k

)3

(2

16

12

1)(

)

0 3

2 1

1

m k k m

m m

kk k k

m ik i

03)

(2

12

2 0

m k m

k

x x h

x x

Thay (2.6) vào (2.7) ta được :

m kk k k

m k kk

kk k

)3

12

12

12

12

1()(

3

1

0 0

2 0 0

−

0)3

(2

1

1 1

0 2

0 1

i kk ik i

h h h N

h h

Sơ đồ tính toán thanh chống hạng mục cut&cover hầm Thủ Thiêm (Hình 2 6):

Hình 2 6

2.2.2 PHƯƠNG PHÁP ĐÀN HỒI

Phương pháp này có kể đến sự không ngừng biến đổi của lực trục các tầng thanh chống và nội lực thân tường theo tiến trính của việc đào đất và chống giữ

Những giả thiết cơ bản của phương pháp này là :

- Kể đến sự chuyển dịch của thanh chống, thanh chống được thay thế bằng lò xo

- Áp lực đất bên phía chủ động có thể dựa vào số liệu thực đo, đồng thời giả thiết

Trong đó : yi : Chuyển dịch của thanh chống ở điểm i

δi : Chuyển dịch trước khi lắp đặt của thanh chống ở điểm i

gi : Chuyển dịch sau khi lắp đặt của thanh chống ở điểm i + Vùng 2 : chuyển dịch là yp

+ Vùng 3 : chuyển dịch là yc

• Phương trình đường cong đàn hồi :

+ Vùng 1 :

i i i i i i

i

C x B x A dx

y d

4 4

26

24120

360(

i i i i i i i i i i i i i

EI

Trong đó : 0≤ x i ≤h i;i=1÷(K+1); với K là số thanh chống

+ Vùng 2 : Áp lực đất bị động ở bên dưới mặt đào là trị xác định

1 0

0 2 4

4

)245tan(

2)245(tan

z dx

y d

Trong đó : γ : Dung trọng ướt của đất (kN/m3)

zp =0÷l

224

120(

1

4 3

2 1 4 0 5

E x E z

E z

S z EI

245tan(

c

y E dz

y d

Trong các phương trình trên các đại lượng chưa biết đó là : Ai, Bi, Ci, Di, E1, E2,

E3, E4, F1, F2, F3, F4 Tổng cộng có 4(K+1)+4+4+K+1=5K+13 biến Để giải bài toán này

ta cần dùng5K+13 điều kiện biên và điều kiện liên tục để giải như sau :

[ ]M c λ =0 (1 phương trình) [ ]Q c λ =0 (1 phương trình)

Các phương trình này được giải bằng máy tính thông qua các chương trình tính toán Nhà thầu Obayashi cũng sử dụng chương trình riêng của mình để tính Kết quả thu được xin xem phần phụ lục Để đảm bảo kết quả tính toán xác với thực tế luận văn sẽ lấy kết quả tính toán này để làm số liệu tính toán các bước tiếp theo

2.2.3 PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN (FEM)

Đây là phương pháp phát triển cùng với sự phát triển của máy tính FEM có thể lấy chuyển vị nút hoặc lực nút làm ẩn số Trong đó phương pháp chuyển vị là phổ biến nhất Quá trình phân tích để giải theo phương pháp FEM như sau :

- Rời rạc hóa môi trường liên tục

- Lựa chọn mô thức chuyển vị

- Lập ma trận độ cứng, thiết lập phương trình cân bằng

- Thiết lập hệ phương trình đại số toàn bộ thể liên tục đã rời rạc hóa :

{K}{δ}={R} (2.12) Trong đó :

{K} : Ma trận độ cứng tổng thể {δ} : Chuyển vị của các nút {R} : Tải trọng tại nút

- Dùng phương pháp trực tiếp hay phương pháp thay thế để giải tìm chuyển vị của các nút (chuyển vị là ẩn số của nút phần tử)

- Từ chuyển vị nút ta tìm biến dạng, ứng suất của phần tử kết cấu thân tường cũng như của môi trường đất

Plaxis là phần mềm ứng dụng FEM trong lập trình Trong phạm vi luận văn sẽ sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn 2 chiều để tính (thông qua phần mềm Plaxis version 8.5) Khi mô phỏng sẽ dựa theo các đặc điểm sau :

- Lựa chọn mô hình của đất : Để tiện trong quá trình phân tích và dễ dàng trong

việc nhập thông số đầu vào, luận văn sẽ lựa chọn mô hình Mohr Coulomb để phân tích

Hình 2 7

Quan hệ ứng suất-biến dạng và mặt phá hoại trong không gian ứng suất chính

mô hình Mohr Coulomb

- Phân chia phần tử và lựa chọn phần tử : Khi phân chia phải theo nguyên tắc sau : trên phần thử phân chia bắt buộc phải thể hiện chính xác trạng thái đất và hình thức kết cấu cũng như trình tự thi công; Ở vùng dự tính là tập trung ứng suất phải chia phần tử nhỏ và mau hơn Trong phạm vi luận văn này bài toán sử dụng là bài toán biến dạng

phẳng (plane strain), phần tử sử dụng (với đất) là phần tử 15 nút ( Hình 2 8) Thân tường

được mô phỏng bằng phần tử dầm (Plate), các thanh chống được mô phỏng bằng phần tử thanh hai lực (Fixed-end anchor) Giữa thân tường và nền đất trong quá trình biến dạng

sẽ sinh ra xô động Do vậy, giữa thân tường và nền đất phải dùng phần tử tiếp xúc

(Interfaces)

Hình 2 8

Vị trí của các nút của phần tử 6 nút và 15 nút trong Plaxis

- Điều kiện biên và phạm vi tính toán : khi hình thức kết cấu, điều kiện môi trường, phân bố tải trọng, điều kiện thi công …là đối xứng thì có thể lựa chọn một bên của trục đối xứng để phân tích Đối tượng phân tích trong luận văn là hầm với tường liên tục trong đất đối xứng nên chỉ lấy một bên phân tích Vùng biên bên phân tích được lấy lớn hơn một lần độ cao tường Đối với vùng biên bên dưới, khi đáy tường đặt trên tầng đất cứng rắn thì tầng đất cứng rắn sẽ là biên bất động; Khi tầng đất trong phạm vi đáy tường vẫn còn yếu thì biên bên dưới đáy tường được lấy lớn hơn (B-D)/ 2 (với : B là độ rộng hố móng, D là độ sâu cắm vào trong đất) Luận văn lấy vùng biên phân tích bên cách tường 67m (chiều cao tường 36m); vùng biên bên dưới cách chân tường 44m (B-D)/ 2=(33-14.5)/ 2=13.08m (bề rộng hầm B=33m, D=14.5m) Như vậy, phạm vi vùng biên đã chọn là đảm bảo

- Xác định trạng thái ban đầu : Theo trạng thái thực tế của công trình trước khi bắt đầu đào hố móng, mô phỏng gia tải để tính toán một lần, thu được trường ứng suất và xem đó là trường ứng suất ban đầu

Ưu điểm của phương pháp này không những ở chỗ có thể kể đến tác dụng tương

hỗ giữa đất với tường mà còn có thể tìm được lượng trồi lên của hố móng, độ lún xuống của mặt đất và phạm vi vùng dẻo cũng như quá trình phát triển trong đất, khi kết hợp với

lý thuyết lưu biến còn có thể tìm được hiệu ứng thời gian của các tham số

2.3 TÍNH TOÁN VÙNG ĐẤT GIA CƯỜNG BẰNG DSMC PHÍA NGOÀI

Kết quả bài toán cần đạt được đó là tìm ra giá trị W và H Để giải bài toán này trước hết cần đặt ra những giả thiết sau :

- Vùng đất gia cường sẽ gánh chịu toàn bộ hoặc một phần áp lực tác dụng lên tường

- Vùng đất gia cường bằng DSMC thuộc dạng khối ( Hình 2 9 -b)

- Các lực thanh chống N1…Nk đều đã biết

Để tính kích thước vùng đất gia cường trước hết ta dựa vào vai trò của vùng đất gia cường sau lưng tường Như đã nói trên, qua nghiên cứu của nhiều tác giả thấy rằng vùng đất gia cường sau lưng tường bằng DSMC là nhằm làm giảm áp lực tác dụng lên tường Do vậy, trong quá trình tính toán sẽ theo các giả thiết sau :

- Chỉ xét vùng tường tính từ chiều sâu đáy vùng đất gia cường trở lên

- Áp lực của hệ tthống thanh chống cũng như của vùng đất sau lưng tường sẽ được gánh chịu bởi vùng đất gia cường

Ta xét 2 trường hợp ứng với 2 trạng thái đất sau lưng tường :

2.3.1 Trường hợp đất sau lưng tường ở trạng thái chủ động :

N1 N2 N3 Nk

Hình 2 10 – Sơ đồ áp lực tác dụng lên vùng đất gia cường

(Trường hợp đất sau lưng tường ở trạng thái chủ động)

Trong trường hợp này tường sẽ có sự dịnh chuyển về phía trong hố đào Nguyên nhân là do áp lực đất sau lưng tường quá lớn, lớn hơn cả lực chống của hệ thống thanh

chốnglực chống của hệ thống thanh chống Sơ đồ tính toán trường hợp này như hình 2.10

Ea; Ep là hợp lực áp lực đất chủ động và bị động được tính theo công thức Rankine Với bài toán hố móng sâu thì áp lực đất trong hố đào được triết giảm một lượng

là nEp’ với n=0.7

a Trường hợp vùng đất gia cường dạng khối (Khi L/W ≤ 10)

• Sức chống cắt của mặt bên vùng đất gia cường :

Tb=∑τ i h i W

Trong đó : hi : Bề dày của lớp đất thứ i tiếp xúc với vùng đất gia cường (m)

W : Bề rộng của vùng đất gia cường (m)

i

τ : Sức chống cắt đơn vị của lớp đất i Theo “Quy trình thiết kế

và quản lý chất lượng của đất gia cường cho nhà cao tầng Nhật Bản – 2004” thì τ i được tính như sau :

+ Với đất sét : τ i =c i hay

2

u i

q

=

Với : qu : là cường độ kháng nén của đất sét (kN/m2)

ci : lực dính đơn vị của lớp đất thứ i tiếp xúc với vùng đất gia cường (kN/m2

gia cường (kN/m2) Theo Coulomb thì Sd tính như sau :

a a

W : Bề rộng của vùng đất gia cường (m)

L : Chiều dài của vùng đất gia cường (m)

σ : Ứng suất pháp tại mặt tiếp xúc

σ được tính như sau :

Mặt cắt A-A (Trường hợp đất sau lưng tường ở trạng thái chủ động)

• Tổng phản lực thanh chống tác dụng lên tường :

N=∑N i

Trong đó : Ni : Lực chống của thanh chống thứ i (kN/m2)

• Điều kiện để vùng đất gia cường được ổn định như sau :

N + 2Tb+2Tt +Td+0.7Ep.L≥Fs.Ea.L (2.13) Hay : N + 2∑τ i h i W + 2τ t.d+(q.W.L+γ h.H.W.L)tanϕ d+cd.W.L

+0.7Ep.L ≥ Fs.L.EaTrong đó : Fs: Hệ số an toàn Fs ≥ 1

Suy ra :

L c L

H L

q h

L E N

E L F W

d d h

i i

p a

s

.tan

) (2

.7.0

++

qu≥

H

E a

Trong đó : H: Chiều sâu của vùng đất gia cường (m)

b Trường hợp vùng đất gia cường dạng băng (Khi L/W > 10)

Trong trường hợp này vùng đất gia cường quá dài Trong trường hợp này sẽ tính toán cho 1m dài (L=1m) Cách tính cũng tương tự như trường hợp dạng khối ở trên, tuy nhiên lực cắt mặt bên Tb lúc này sẽ lấy bằng sức chống cắt của vùng đất gia cường

Tb=τ h.H.W

Trong đó : τ h : Sức chống cắt đơn vị của vùng đất gia cường Trong trường

hợp gia cường kiểu toàn khối thì :

2

uh h

q

=

τ ; quh là cường độ

kháng cắt của trụ đất-xi măng

Khi đó công thức (2.11) sẽ có dạng như sau :

d d h

h

p a

s

c H

q H

L E N

E F W

++

τ ( )tan2

.7.0

Để giải bài toán này ta phải giả định trước 2 giá trị và tìm giá trị còn lại Điều này cũng phù hợp với điều kiện thi công thực tế Ví dụ : thực tế khu vực thi công các giá trị chiều dài L và chiều sâu H được xác định trước khi đó giá trị cần tìm là W sẽ được tìm bằng công thức (2.12) kết hợp với điều kiện (2.14)

• Chi tiết áp dụng cách tính trên xin xem bài toán tính toán vùng đất gia cường

quanh hố đào sâu tại hầm dẫn Thủ Thiêm ở chương 3 (Bài toán xét đến trong chương 3 là

một dạng đặc biệt của bài toán trên khi chỉ xét tính riêng cho vùng đất gia cường không xét mối quan hệ của vùng đất gia cường với tường)

2.3.2 Trường hợp đất sau lưng tường ở trạng thái bị động :

Trong trường hợp này tường sẽ có sự dịnh chuyển ra phía sau hố đào Nguyên nhân là lực thanh chống lớn hơn áp lực đất tác dụng lên tường

Ea; Ep là hợp lực áp lực đất chủ động và bị động được tính theo công thức Rankine Với bài toán hố móng sâu thì áp lực đất trong hố đào được triết giảm một lượng

là nEp’ với n=0.7

N1 N2 N3

Hình 2 12 - Sơ đồ áp lực tác dụng lên vùng đất gia cường

(Trường hợp đất sau lưng tường ở trạng thái bị động)

a Trường hợp vùng đất gia cường dạng khối (Khi L/W ≤ 10)

• Sức chống cắt của mặt bên vùng đất gia cường :

Tb=∑τ i h i W

Trong đó : hi : Bề dày của lớp đất thứ i tiếp xúc với vùng đất gia cường (m)

W : Bề rộng của vùng đất gia cường (m)

i

τ : Sức chống cắt đơn vị của lớp đất i Theo “Quy trình thiết kế

và quản lý chất lượng của đất gia cường cho nhà cao tầng Nhật Bản – 2004” thì τ i được tính như sau :

+ Với đất sét : τ i =c i hay

2

u i

q

=

Với : qu : là cường độ kháng nén của đất sét (kN/m2)

ci : lực dính đơn vị của lớp đất thứ i tiếp xúc với vùng đất gia cường (kN/m2

đất gia cường (kN/m2

) Theo Coulomb thì Sd tính như sau :

a a

W : Bề rộng của vùng đất gia cường (m)

L : Chiều dài của vùng đất gia cường (m)

σ : Ứng suất pháp tại mặt tiếp xúc Theo 2.3.1 , ta có :

Trong đĩ : Ni : Lực chống

của thanh chống thứ i (kN/m2)

• Điều kiện để vùng đất gia cường được ổn định như sau :

2Tb+Td+0.7Ep.L≥Fs.(N+L.Ea) (2.16) Hay : 2∑τ i h i W +(q.W.L+γ h.H.W.L)tanϕ d+cd.W.L +0.7Ep.L

≥ Fs.(L.Ea+ N) Trong đĩ : Fs: Hệ số an tồn Fs ≥ 1

Suy ra :

L c L

H L

q h

E L N

E L F W

d d h

i i

p a

s

.tan

) (2

.7.0)

.(

++

+

−+

≥

• Điều kiện cường độ vùng đất gia cường : Đối với vùng đất gia cường bằng DSMC sau lưng tường để đảm bảo cĩ thể chịu được áp lực đất sau lưng tường thì sức kháng cắt của vùng đất gia cường phải lớn hơn áp lực đất tác dụng, tức là :

b Trường hợp vùng đất gia cường dạng băng(Khi L/W > 10)

Trong trường hợp này vùng đất gia cường quá dài Trong trường hợp này sẽ tính tốn cho 1m dài Cách tính cũng tương tự như trường hợp dạng khối ở trên, tuy nhiên lực cắt mặt bên Tb lúc này sẽ lấy bằng sức chống cắt của vùng đất gia cường

ĐẤT GIA CƯỜNG

Tb=τ h.H.W

Trong đó : τ h : Sức chống cắt đơn vị của vùng đất gia cường Trong trường

hợp gia cường kiểu toàn khối thì :

2

uh h

q

=

τ ; quh là cường độ

kháng cắt của trụ đất-xi măng

Khi đó công thức (2.14) sẽ có dạng như sau :

d d h

h

p a

s

c H

q H

E L N

E L F W

++

+

−+

≥

ϕ γ

τ ( )tan2

.7.0)

.(

Để giải bài toán này ta phải giả định trước 2 giá trị và tìm giá trị còn lại Điều này cũng phù hợp với điều kiện thi công thực tế.Ví dụ : thực tế khu vực thi công các giá trị chiều dài L và chiều sâu H được xác định trước khi đó giá trị cần tìm là W sẽ được tìm bằng công thức (2.16) kết hợp với điều kiện (2.18)