Phân tích ứng xử của tường trong đất tại hầm thủ thiêm thi công theo công nghệ top down

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TH ÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HUỲNH QUỐC VĂN PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA TƯỜNG TRONG ĐẤT TẠI HẦM THỦ THIÊM THI CÔNG THEO CÔNG NGHỆ TOP - DOWN CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG - 2008 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TH ÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS LÊ BÁ VINH Cán chấm nhận xét 1: PGS TS CHÂU NGỌC ẨN Cán chấm nhận xét 2: TS NGUYỄN MINH TÂM Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, ngày 29 tháng năm 2008 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng n ăm NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Huỳnh Quốc Văn Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 29-05-1982 Nơi sinh: An Giang Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng MSHV: 00906231 Khoá (Năm trúng tuyển): 2006 1- TÊN ĐỀ TÀI: “PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA TƯỜNG TRONG ĐẤT TẠI HẦM THỦ THI ÊM THI CÔNG THEO CÔNG NGHỆ TOP – DOWN.” 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Phân tích ứng xử tường đất hầm Thủ Thi êm thi công theo công nghệ Top – Down 3- NỘI DUNG Chương 1: Tổng quan kết cấu chắn giữ v tường đất Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn tường đất Phân tích ứng xử t ường đất hố đào sâu thi công theo công ngh ệ Top – Down Chương 3: Phân tích ứng xử tường đất khu vực hầm Thủ Thi êm Nhận xét, kết luận kiến nghị 4- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 5- NGÀY HOÀN THÀNH NHI ỆM VỤ: 6- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Lê Bá Vinh CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS LÊ BÁ VINH TS VÕ PHÁN Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chun Ngành thơng qua PHỊNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC KHOA QUẢN LÝ NGÀNH LỜI TRI ÂN Qua thời gian học tập nghiên cứu trường, em nhận hướng dẫn giúp đỡ nhiều thầy cô mơn Địa C Nền Móng, anh chị bạn lớp cao học Địa Kỹ Thuật Xây Dựng khóa 2006 Em xin gửi lời tri ân đến tất người Xin gửi lời cảm ơn đến thầy Lê Bá Vinh hỗ trợ, hướng dẫn giúp đỡ em suốt thời gian tiến hành đến lúc hoàn tất luận văn Xin gửi lời cảm ơn lời động viên, kinh nghiệm truyền đạt ông Taku Kurimoto trình công tác công ty Cảm ơn đến bạn bè: Huy, Bình hỗ trợ nhiều để hoàn thành luận văn ABSTRACT This thesis presents a study of behavior of diaphragm wall in Top – Down construction method The main objective of this thesis is to develop a method for analyses diaphragm wall behavior in deep excavation Several methods have been used for analysis of deep excavation and FEM is the most well – know since the accuracy and power of FEM has been demonstrated recently By explanation of the historical failure in Nicoll Hig hway project, geotechnical researchers and designers have realized the important of well understanding of soil model as well as soil behavior in FEM software The case history analysis of Thu Thiem Tunnel is performed by Plaxis software ; one of the most popular FEM geotechnical software Some early research es on soil modulus of Ducan & Buchigani, Joseph E Bowles, and other Asian researcher s are cited in this thesis Hence, the relation of undrained shear strength and soil modulus in excavation is considered carefully in this study Displacement, bending moment and shear force of diaphragm wall in staged excavation of Thu Thiem Tunnel is detailed studied by two different kinds of soil model: Mohr – Coulomb and Hardening soil Beside, the excavation stabili ty in soft soil by FEM is mentioned and recommended as another method in overall stability analysis Finally, this studied is to also emphasize the power of FEM in many aspects of geotechnical engineering More intensive and wider research of FEM in deep excavation need studied TÓM TẮT Luận văn thực nhằm trình bày nghiên cứu ứng xử tường đất công nghệ thi cơng Top – Down Mục tiêu luận văn nhằm bổ sung phương pháp phân tích, tính tốn ứng xử tường đất chắn giữ hố đào sâu Có nhiều phương pháp để phân tích tốn hố đào sâu Trong số FEM với sức mạnh độ xác kiểm chứng qua thực tế trở thành phương pháp thông dụng đáng tin cậy thời gian gần Qua việc giải thích nguyên nhân cố sập đường cao tốc Nicoll Highway Singapore, nhà thiết kế nghiên cứu địa kỹ thuật tổng kết đánh giá tầm quan trọng hiểu biết mơ hình ứng xử đất sử dụng phần mềm FEM Cơng trình hầm Thủ Thiêm đề cập luận văn phân tích thơng qua phần mềm Plaxis, phần mềm FEM tương đối phổ biến Thông qua số nghiên cứu ban đầu mođun đất Ducan & Buchigani, Joseph E Bowles nhà nghiên cứu châu Á, mối quan hệ sức chống cắt không thoát nước mođun đất hố đào sâu chắn giữ tường đất hầm Thủ Thiêm nghiên cứu kỹ lưỡng luận văn Chuyển vị nội lực tường q trình thi cơng phân tích so sánh chi tiết thơng qua mơ hình Mohr – Coloumb Hardening Soil Ngoài ra, ổn định tổng thể hố đào sâu qua phân tích FEM trình bày đề cập giải pháp khác để đánh giá ổn định hố đào bên cạnh phương pháp giải tích Cuối cùng, luận văn muốn nhấn mạnh đến sức mạnh FEM nhiều lĩnh vực địa kỹ thuật xây dựng Với phát triển mạnh mẽ FEM mơ hình thời gian gần Cần có nghiên cứu sâu sắc toàn diện ứng dụng FEM phân tích tốn hố đào sâu MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CHẮN GIỮ V À TƯỜNG TRONG ĐẤT 1.1 Tổng quan kết cấu chắn giữ [12] .4 1.1.1 Tường chắn 1.1.2 Hệ thống chắn giữ 1.1.3 Phá hoại kết cấu chắn giữ 1.2 Tường đất .8 1.2.1 Sơ lược tường đất .8 1.2.2 Thành công hạn chế phương pháp tính tốn số cơng trình tường đất tiêu biểu 1.3 Mục tiêu nghiên cứu giới hạn nghiên cứu đề tài 16 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN T ƯỜNG TRONG ĐẤT PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA TƯỜNG TRONG ĐẤT TRONG HỐ ĐÀO SÂU THI CÔNG THEO CÔNG NGH Ệ TOP – DOWN 18 2.1 Cơ sở lý thuyết tính tốn tường đất 18 2.1.1 Phân tích phá hoại tường đất [12,18] 18 2.1.2 Các phương pháp tính tốn tư ờng đất hố đ sâu [12] 23 2.2 Phân tích ứng xử tường đất hố đ sâu thi công theo công nghệ Top – Down [9] 25 2.2.1 Sơ lược phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) 25 2.2.2 Phần mềm phần tử hữu hạn Plaxis d ùng để phân tích [9] .27 2.2.3 Sơ lược mơ hình Mohr – Coloumb Model (MCM) 28 2.2.4 Sơ lược vể mơ hình Hardening Soil Model (HSM) [15] 30 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA TƯỜNG TRONG ĐẤT KHU VỰC HẦM THỦ THIÊM 35 3.1 Sơ lược hầm Thủ Thiêm 35 Mở đầu 3.2 Trang Phân tích điều kiện địa chất tính chất lý [7,16] 38 3.2.1 Mặt cắt địa chất 38 3.2.2 Sơ phân lớp đất .44 3.2.3 Tầng phủ mặt (chiều dày 2m) 45 3.2.4 Tầng đất hữu (15m), lớp cát mỏng (2m), tầng sét nủa cứng (5m) v tầng cát (10m) 46 3.2.5 Tầng dất sét cứng 60 3.3 Hệ số áp lực ngang K 60 3.4 Thấm .61 3.5 Tuơng tác đất kết cấu, hệ số R inter Plaxis [9] .62 3.6 Bảng tổng kết tiêu lý phục vụ cho phân tích 63 3.7 Sơ lược kết cấu tải trọng 63 3.8 Trình tự thi cơng mơ hình hóa Plaxis 66 3.9 Các thông số nhập liệu giả thiết mơ hình thực đề tài 69 3.10 Phân tích .73 3.10.1 Giới thiệu chung .73 3.10.2 Phân tích 1: Mối quan hệ mođun với sức chống cắt khơng nước cho đất sét, mođun số SPT cho đất cát b ài toán hố đào 74 3.10.3 Phân tích 2: Sự khác việc sử dụng mơ hình Mohr Coloumb Hardening Soil toán h ố đào 78 3.10.4 Phân tích 3: Phân tích ổn định tổng thể tường toán hố đào FEM 91 NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 97 Nhận xét, kết luận 97 Kiến nghị: 99 PHỤ LỤC 103 Mở đầu Trang MỞ ĐẦU &-&-& -1 Đặt vấn đề: Tường đất kết cấu chắn giữ phổ biến hố đào sâu Thông thường tường đất vừa sử dụng làm kết cấu chắn giữ tạm trình đào đất, vừa làm tường chịu lực vĩnh cửu sau n ày cho tầng hầm nhà cao tầng Thiết kế tường đất sử dụng phương pháp giải tích cở sở lý thuyết áp lực đất tường chắn hay sử dụng phương pháp số thơng qua phần mềm thương mại hóa Plaxis Tuy nhiên việc lựa chọn phương pháp dùng phân tích cịn phụ thuộc vào nhiều vấn đề, từ mức độ quan trọng cơng trình, độ xác cần thiết phân tích mức độ đầy đủ số liệu địa chất cơng trình,… Sự phát triển mạnh mẽ phương pháp phần tử hữu hạn với q trình thương mại hố phần mềm sử dụng địa móng giúp cho nhà nghiên cứu, thiết kế có cơng cụ hữu hiệu phân tích Tuy nhiên độ xác phân tích cịn phụ thuộc nhiều vào người phân tích Qua phân tích nguyên nhân thiết kế gây đến cố sập hầm dẫn chắn giữ tường đất cơng trình Nicoll Highway Singapore, nhà nghiên cứu đánh giá cao cần thiết hiểu biết sâu sắc mơ hình với ứng xử đất phân tích Plaxis Từ tồn cơng tác phân tích ứng xử tường đất thông qua công nghệ thi công Top – Down hầm Thủ Thiêm Việt Nam, luận văn trình trình bày nhằm thực nội dung, mục đích cụ thể bên Nội dung i) Do sai khác cấp biến dạng xác định mođun từ thí nghiệm phịng trường, cơng tác phân tích tốn hố đào, tunnel, địi hỏi phải sử dụng mođun biến dạng nhỏ xác định từ thí nghiệm trường Vì luận văn nghiên cứu mối quan hệ mođun sức Mở đầu Trang chống cắt không thoát nước cho đất sét, số SPT cho đất cát để áp dụng thích hợp tốn hố đào sâu ii) Sự đa dạng mơ hình cho thấy cần phải có đánh giá tính hợp lý mơ hình tốn cụ thể Do vậy, luận văn phân tích khác phù hợp mơ hình Mohr – Coloumb Hardening Soil áp dụng tốn hố đào sâu thơng qua ứng xử tường đất iii) Thông thường ổn định tổng thể tường thường phân tích phương pháp giải tích Ở luận văn đề cập trình bày phân tích đánh ổn định tổng thể hố đào sâu FEM Phân tích ứng xử ngắn hạn lẫn dài hạn đối chiếu Phương pháp nghiên cứu Phần mềm Plaxis phần mềm phần tử hữu hạn tương đối phổ biến dễ sử dụng phân tích móng cơng trình Do vậy, luận văn sử dụng phần mềm Plaxis công cụ để mô công nghệ Top – Down thi công hầm Thủ Thiêm Mođun đất nghiên cứu chi tiết sử dụng mơ hình Mohr – Coloumb Hardening Soil Kết thu từ ứng xử tường đất hố đào sâu mơ hình phân tích Ý nghĩa khoa học đề tài i) Xác lập phương pháp mô phù hợp cho hố đào sâu thi công theo công nghệ Top – Down ii) Đề xuất cách sử dụng mođun hợp lý phân tích hố đào sâu iii) Đánh giá hiệu mơ hình Hardening Soil ph ân tích hố đào sâu iv) Đề xuất phương pháp phân tích ổn định tổng thể hố đào sâu ứng xử ngắn hạn dài hạn ... TÀI: “PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA TƯỜNG TRONG ĐẤT TẠI HẦM THỦ THI ÊM THI CÔNG THEO CÔNG NGHỆ TOP – DOWN. ” 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Phân tích ứng xử tường đất hầm Thủ Thi êm thi công theo công nghệ Top – Down. .. 3: Phân tích ứng xử tường đất hầm Thủ Thi êm Trang 35 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA TƯỜNG TRONG ĐẤT KHU VỰC HẦM THỦ THI? ?M 3.1 Sơ lược hầm Thủ Thi? ?m Cơng trình hầm vượt sơng Sài Gịn (cịn gọi hầm. .. đầy đủ v tin cậy 2.2 Phân tích ứng xử tường đất hố đ sâu thi công theo công nghệ Top – Down [9] Ứng xử tường đất hố đ sâu, đặc biệt tường đất hầm Thủ Thi? ?m tiến hành phân tích theo phương pháp ph