So sánh chuyển vị ngang của tường và đất của hố đào sâu trong bài toán 2 chiều và 3 chiều

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -[ \ - NGUYỄN THỊNH SO SÁNH CHUYỂN VỊ NGANG CỦA TƯỜNG VÀ ĐẤT CỦA HỐ ĐÀO SÂU TRONG BÀI TOÁN 2D VÀ 3D Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số ngành : 60.58.60 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2009 TÓM TẮT LUẬN VĂN TÊN ĐỀ TÀI: “SO SÁNH CHUYỂN VỊ NGANG CỦA TƯỜNG VÀ ĐẤT CỦA HỐ ĐÀO SÂU TRONG BÀI TOÁN 2D VÀ 3D” Hiện việc xây dựng nhà cao tầng có tầng hầm chắn giữ bời tường đất ngày phổ biến, đặc điểm chung chúng có tầng hầm sâu phải thi công điều kiện xây chen Vì tác giả lựa chọn đề tài luận văn: “So sánh chuyển vị ngang tường đất hố đào sâu toán 2D 3D” chọn phương pháp phần tử hữu hạn để áp dụng cho việc nghiên cứu, tính toán với kết đạt sau: - - - Chuyển vị ngang tường toán 2D 3D gia tăng theo giai đoạn thi công hai kết nằm phạm vi tính toán cho phép Giá trị chuyển vị ngang lớn tường qua toán 2D 3D đạt vị trí chiều dài thân tường đất hoàn toàn khác độ lớn chúng khác nhiều Giá trị chuyển vị ngang chân tường mô hình 2D có xu hướng gia tăng lớn lúc xa chân tường theo giai đoạn thi công Trong đó, giá trị toán 3D tăng không đáng kể có xu hướng di chuyển gần phía chân tường gần với kết đo đạc thực tế Trong toán 3D mặt hố đào, chuyển vị ngang tường đạt giá trị lớn cạnh, sau giảm dần góc tường, tường dài giá trị lớn Điều ta biết tính toán theo mô hình 2D Kết trình nghiên cứu ứng dụng sau: - Việc định vận dụng mô hình 2D 3D việc tính toán chuyển vị ngang tường đất cần cân nhắc tới hình dạng, độ phức tạp công trình Đối với công trình có hình dạng tương đối vuông vức tỉ lệ chiều dài chiều rộng công trình L/B >= 4/3, ta mô hình tính toán hố đào sâu theo toán 2D để có kết tương đối xác tiết kiệm thời gian tính toán - Tuy nhiên, công trình có hình dạng tường vây chắn giữ hố đào sâu tương đối phức tạp, ta nên mô hình tính toán chuyển vị ngang hố đào sâu theo mô hình 3D, để thấy làm việc tổng thể công trình cho kết xác hơn, gần với giá trị thực tế SUMMARY OF THESIS NAME OF THESIS: “COMPARE THE HORIZONTAL DISPLACEMENT OF WALLS AND SOIL OF DEEP EXCAVATION IN 2D AND 3D CALCULATION MODELS” Nowadays, construction of high-block buildings having underground floors retained by walls inside the soil is becoming popular The general characters of these underground floors are that they are very deep and must be constructed in a narrowing conditions Therefore, the thesis with the title “ comparation the horizontal displacement of walls and soil of deep excavation in 2D and 3D calculation models” has been choosen “The finite element method” is applied for analysis to get the results as followings: - - - - Horizontal displacements in 2D and 3D calculation models of walls inside soil are all increased through the construction stages and both of results are in acceptable calculation limits The maximum value of horizontal displacements in 2D and 3D calculation models of walls inside soil is very different values and different positions on the length of the walls in soil Horizontal displacement at the foot of walls in 2D calculation model has a trend to be increased greatly and get far from the foot of walls through the construction stages Meanswhile, this value in the 3D calculation model is not increased so much and has trend to get near to the foot of walls and nearly similar to the actual measured values In the 3D calculation model, on the plan of the excavation, the horizontal displacement value of walls is retained at the middle of the sides, then gradually decreased at the corner of walls, and the longer the walls are, the bigger the values are gained However, we can not get this value by 2D calculation model Results of the study of this thesis can be suggested to apply as follows: - Decision of using 2D or 3D calculation model in calculating the horizontal displacement of walls in soil needs to be considered about the sharp and the complication of the construction In case of construction having the rather squaric or rectangular sharp and the ratio of the length and the width is >=4/3, we can use the 2D calculation model to get the relatively accurate result and save the calculation time - However, in the case of construction having retaining walls which are rather complicated, we should use 3D calculation method to calculate the horizontal displacement of the walls to understand the general working of the construction and get the more accurate results which are nearly the same as the actual measured values 1Ï MỞ ĐẦU I GIỚI THIỆU Hầu hết thành phố lớn giới, nhu cầu tiết kiệm đất đai giá đất ngày tăng cao, nên tìm cách cải tạo xây dựng đô thị với ý tưởng chung triệt để khai thác sử dụng không gian mặt đất cho nhiều mục đích khác kinh tế, xã hội, văn hóa môi trường có cho phòng vệ dân dự Việc xây dựng loại công trình nói theo xu dẫn đến xuất hàng loạt kiểu hố móng sâu khác mà để thực chúng, người thiết kế thi công cần có biện pháp chắn giữ để bảo vệ thành vách hố công nghệ đào thích hợp mặt kỹ thuật – kinh tế an toàn môi trường không gây ảnh hưởng xấu đến công trình lân cận xây dựng trước Trong năm gần nước ta, thành phố lớn Hà Nội thành phố Hồ Chí Minh bắt đầu sử dụng tầng hầm nhà cao tầng với hố đào có chiều sâu đến hàng chục mét chiều sâu tường đất đến 40m ví dụ: công trình Harbour View Tower ( Thành Phố Hồ Chí Minh) gồm 19 tầng lầu tầng hầm, có hố móng sâu đến 10m, dùng tường đất sâu đến 42m, dày 0.6m với tổng diện tích tường đến 3200m2 để vây quanh mặt móng 25x27m Trụ sở việtcombank Hà Nội cao 22 tầng tầng hầm có hố móng sâu 11m dùng tường liên tục đất sâu 18m, dày 0.8m với tổng diện tích tường 2500m2 Việc thi công đào đất tầng hầm thường xẩy nhiều cố đáng tiếc, gây nhiều thiệt hại vật chất tinh thần xã hội Do cấp thiết tìm phương pháp tính toán khác nhằm gia tăng độ xác, giảm rủi ro mang lại ổn định cho công trình Hiện nay, có nhiều nghiên cứu khác liên quan đến kết cấu chắn giữ hố đào sâu, đề tài trình bày khía cạnh khác kết cấu chắn giữ như: việc xem xét ảnh hưởng việc thi công hố đào sâu đến công trình lân cận, đề tài cần thiết cho việc thi công tầng hầm nhà cao tầng điều kiện xây chen đô thị lớn hay nghiên cứu ứng sử tường đất xung quanh hố đào sâu theo giai đoạn thi công, … 2Ï Trong đề cương này, tác giả muốn đề cập tới khía cạnh tính toán khác liên quan tới việc thiết kế hố đào sâu là: So sánh chuyển vị ngang tường đất hố đào sâu hai dạng toán chiều chiều theo phương pháp phần tử hữu hạn Nhằm giải vấn đề sau đây: - Phân tích, tính toán so sánh thay đổi nội lực tường theo giai đoạn thi công - Phân tích, tính toán so sánh chuyển vị ngang tường liên tục đất hố đào sâu theo giai đoạn thi công - So sánh kết nhận từ dạng toán 2D 3D với kết quan trắc thực tế, từ rút kết luận việc sử dụng mô hình thích hợp cho việc tính toán loại công trình khác thực tế nâng cao độ xác thiết kế thi công tường chắn giữ cho công trình nhà cao tầng II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để thực vấn đề nêu trên, phương pháp nghiên cứu-phân tích đươc chọn là: - Nghiên cứu sở lý thuyết áp lực đất tác động lên kết cấu chắn giữ - Nghiên cứu lý thuyết phần tử hữu hạn để phân tích, tính toán chuyển vị ngang tường đất hố đào sâu - Phân tích thông số đất để phục vụ cho việc tính toán công trình thực tế - Sử dụng phần mềm phần tử hữu hạn hỗ trợ phân tích tính toán thay đổi ứng suất đất, thay đổi nội lực tường, so sánh chuyển vị ngang tường đất hố đào sâu theo giai đoạn thi công cho công trình thực tế áp dụng đề tài III Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI: Việc so sánh kết nhận việc phân tích hố đào sâu theo dạng toán chiều chiều nhằm mục đích để đưa kết luận nên sử dụng mô hình tính toán cho dạng công trình thực tế, để có kết xác qua phục vụ cho việc thiết kế thi công công trình nhà cao tầng có tầng hầm sâu dược chắn giữ tường liên tục đất IV HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI Do thời gian hạn chế nên đề tài: - Không kể đến yếu tố từ biến hố đào thi công 3Ï - Trong đề tài này, tác giả tập trung nghiên cứu so sánh chuyển vị ngang tường đất hố đào sâu theo giai đoạn thi công, mà không xét tới nhiều yếu tố cần quan tâm lưu ý khác hố đào sâu: ảnh hưởng việc thi công hố đào sâu đến công trình lân cận, ổn định tổng thể hố đào sâu, bùng đất đáy hố đào sâu, lún bề mặt đất xung quanh hố đào sâu theo giai đoạn thi công, thay đổi ứng suất đất theo giai đoạn thi công CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI TƯỜNG VÂY HỐ ĐÀO VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG TẦNG HẦM I KHÁI NIỆM VỀ HỐ ĐÀO SÂU Theo kinh nghiệm thực tế điều kiện thi công chiều cao hố đào, người ta thường phân hố đào thành dạng: hố đào nông hố đào sâu - Hố đào nông: chiều sâu đào không (m) - Hố đào sâu: chiều sâu đào lớn (m) Tuy nhiên, số trường hợp chiều sâu đào hố móng nhỏ (m) phải thi công điều kiện địa chất công trình địa chất thuỷ văn tương đối phức tạp phải ứng xử hố đào sâu II CÁC DẠNG TƯỜNG CHẮN HỐ MÓNG SÂU Tường chắn dạng hàng cọc a Tường chắn cọc đất trộn ximăng: Trộn cưỡng chế đất với ximăng (dạng dung dịch dạng bột), lợi dụng số phản ứng hoá lý xảy đất với ximăng, sau đóng rắn tạo thành tường chắn có dạng liền khối có cường độ định Dùng cho loại hố móng sâu từ (3÷ 6)m Hình 1.1: Tường chắn cọc đất trộn xi măng b Tường chắn cọc khoan nhồi: Dùng cọc khoan nhồi có đường kính từ 600 -1000 (mm), dài từ (15 ÷ 30) m làm thành tường chắn theo kiểu hàng cọc, đỉnh cọc đổ dầm vòng bêtông cốt thép Dùng cho hố móng có chiều sâu từ (6 ÷ 13)m Hình 1.2: Tường chắn cọc khoan nhồi c tường chắn cọc thép hình: cọc thèp hình thường I H hạ vào đất liền sát vào búa đóng rung tạo thành tường chắn theo kiểu hàng cọc, đỉnh giằng thép hình, dùng cho loại hố đào có độ sâu (6 ÷ 13)m Hình 1.3: Tường chắn dạng cọc thép hình Tường chắn dạng cọc a Cọc thép: Dùng thép máng sấp ngửa móc vào cọc thép khóa miệng thép hình với mặt cắt chữ U Z Dùng phương pháp đóng rung để hạ chúng vào đất Sau hoàn thành nhiệm vụ chắn giữ, chúng thu hồi sử dụng lại Thường dùng cho hố móng có chiều sâu (3 ÷10)m Hình 1.4: Tường chắn cọc thép b Cọc bêtông cốt thép: Dùng cọc có chiều dài từ -12 (m) đóng vào đất Sau đóng cọc vào đất, đỉnh cọc đổ dầm vòng bêtông cốt thép đặt dãy chắn giữ neo Dùng cho loại hố móng có chiều sâu (3 ÷ 6)m Hình 1.5: Tường chắn dạng cọc BTCT tường liên tục đất Là phận công trình bê tông cốt thép có cường độ tương đối cao Dùng máy đào đặc biệt để đào thành hố đào thành đoạn có độ dài định (có dùng dung dịch bentonite để giữ ổn định), sau đem lồng thép chế tạo sẵn đặt vào Dùng ống dẫn đổ bêtông cho đoạn tường nối đoạn tường lại với đầu nối đặc biệt (ống đầu nối hộp nối) để tạo thành tường liên tục đất bêtông cốt thép Loại tường thích hợp cho hố đào có độ sâu từ 10 (m) trở lên trường hợp điều kiện địa chất công trình địa chất thuỷ văn tương đối phức tạp, gây khó khăn cho việc thi công hố đào Hình 1.6: Tường chắn tường liên tục đất tạo tường dẫn, đào đất, bơm dịch Bentonize, lắp đa75t lồng thép, Đổ vữa bê tông Hình 1.7: Hố sâu dạng tròn chắn giữ tường liên tục đất III CÁC DẠNG THI CÔNG TƯỜNG TRONG ĐẤT THƯỜNG GẶP Thi công hố đào chắn giữ tường liên tục đất theo phương pháp Top-down ... TẮT LUẬN VĂN TÊN ĐỀ TÀI: ? ?SO SÁNH CHUYỂN VỊ NGANG CỦA TƯỜNG VÀ ĐẤT CỦA HỐ ĐÀO SÂU TRONG BÀI TOÁN 2D VÀ 3D” Hiện việc xây dựng nhà cao tầng có tầng hầm chắn giữ bời tường đất ngày phổ biến, đặc điểm... công, … 2? ? Trong đề cương này, tác giả muốn đề cập tới khía cạnh tính toán khác liên quan tới việc thiết kế hố đào sâu là: So sánh chuyển vị ngang tường đất hố đào sâu hai dạng toán chiều chiều... tính toán so sánh thay đổi nội lực tường theo giai đoạn thi công - Phân tích, tính toán so sánh chuyển vị ngang tường liên tục đất hố đào sâu theo giai đoạn thi công - So sánh kết nhận từ dạng toán