Phân tích nội lực sàn tầng hầm trong quá trình thi công tầng hầm bằng phương pháp top down

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TƠ THANH SANG PHÂN TÍCH NỘI LỰC SÀN TẦNG HẦM TRONG Q TRÌNH THI CƠNG TẦNG HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP TOP-DOWN Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng Mã số: 60.58.02.11 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2018 Cơng trình hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS Lê Trọng Nghĩa Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS Lê Bá Vinh Cán chấm nhận xét 2: GS.TS Trần Thị Thanh Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 10 tháng 01 năm 2018 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS.TS Võ Phán PGS.TS Lê Bá Vinh GS.TS Trần Thị Thanh TS Phạm Tường Hội TS Đỗ Thanh Hải Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TS Võ Phán TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc - NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TÔ THANH SANG MSHV: 1570051 Ngày, tháng, năm sinh: 01/01/1992 Nơi sinh: An Giang Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng Mã số: 60.58.02.11 Khóa (năm trúng tuyển): 2015 I TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH NỘI LỰC SÀN TẦNG HẦM TRONG Q TRÌNH THI CƠNG TẦNG HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP TOP-DOWN NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Mở đầu Chương 1: Tổng quan đề tài nghiên cứu Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Phân tích nội lực sàn tầng hầm q trình thi cơng tầng hầm phương pháp top-down cơng trình thực tế Thành phố Hồ Chí Minh Kết luận kiến nghị II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/07/2017 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03/12/2017 IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS LÊ TRỌNG NGHĨA Tp.HCM, ngày CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) tháng CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TS LÊ TRỌNG NGHĨA năm 2018 PGS.TS LÊ BÁ VINH TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG (Họ tên chữ ký) PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM -iv- LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tồn thể q Thầy Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh tận tình giảng dạy truyền đạt học, kinh nghiệm chuyên ngành quý giá, giúp tác giả có đầy đủ tảng kiến thức để thực đề tài nghiên cứu Tiếp theo, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành lòng biết ơn sâu sắc đến TS Lê Trọng Nghĩa, Thầy truyền đạt kiến thức, hướng dẫn tận tâm, định hướng cho tác giả suốt trình thực đề tài nghiên cứu Sau cùng, tác giả xin gửi lời biết ơn chân thành, sâu sắc đến gia đình bạn bè, đồng nghiệp quan tâm, giúp đỡ, động viên, ủng hộ tác giả suốt chặn đường thực đề tài nghiên cứu Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2017 Học viên Tơ Thanh Sang -v- TĨM TẮT LUẬN VĂN Luận văn trình bày nghiên cứu nội lực sàn tầng hầm q trình thi cơng tầng hầm phương pháp Top-Down thi công tầng hầm “Dự án Rivergate Residence” Thành Phố Hồ Chí Minh Cơng trình có kích thước dài 179m, rộng 56m, gồm tầng hầm với cao độ đáy hố đào sâu -14.7m (riêng khu vực pít thang máy đào đến -16.75m) Giải pháp kết cấu chọn sử dụng tường vây dày D = 800mm, chiều dài L = 28.5m Tồn q trình thi cơng mơ phương pháp phần tử hữu hạn với việc sử dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation So sánh kết thu với quan trắc thực tế sau đánh giá nội lực sàn hầm qua giai đoạn thi công Kết cho thấy q trình thi cơng sàn hầm có nhiều giai đoạn xuất ứng suất kéo bên sàn số vị trí, nội lực đáng kể cần phải gia cường thép cho vị trí Bên cạnh đó, với cơng trình có dạng hình học phức tạp, tốn phân tích 3D đem lại độ xác cao đáng tin cậy, thích hợp việc thiết lập biện pháp thi công tầng hầm -v- ABSTRACT The thesis presents the internal study of the basement floor during the construction of the basement by the method of Top-Down when constructing the basement "Rivergate Residence Project" in Ho Chi Minh City The project is 179m long, 56m wide, including basements with the highest depth of hole bottom is 14.7m deep (only the elevation of the excavator up to -16.75m) The selected structural solution is diaphragm wall D = 800mm thick wall, L = 28.5m The whole process of construction is simulated using the finite element method using the Plaxis 3D Foundation software Compare the results obtained with the actual observation then assess the internal force of the tunnel through the construction phase The results show that during construction of floor there are many stages of stress occurring inside the floor in some positions, this internal force is quite significant and need to reinforce the steel for those positions In addition, with complex geometric works, the 3D analysis problem provides high accuracy and reliability, which is well suited for setting up the basement method -vi- LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn đề tài nghiên cứu thực tác giả, thực hướng dẫn khoa học TS Lê Trọng Nghĩa Tất số liệu, kết tính tốn, phân tích luận văn hồn tồn trung thực Tơi cam đoan chịu trách nhiệm sản phẩm nghiên cứu Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2017 Học viên Tô Thanh Sang -vii - MỤC LỤC Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ Lời cảm ơn iv Tóm tắt luận văn thạc sĩ v Mục lục vi Danh mục bảng vii Danh mục hình … viii CHƯƠNG - MỞ ĐẦU I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI II MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU III Ý NGHĨA VÀ GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU V NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .3 1.1 GIỚI THIỆU 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI .4 1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Ở VIỆT NAM 14 1.4 NHẬN XÉT 19 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 20 2.1 PHÂN TÍCH MỐI QUAN HỆ GIỮA BIẾN DẠNG CỦA TƯỜNG CHẮN VÀ ĐỘ LÚN BỀ MẶT CỦA ĐẤT NỀN .22 2.4.1 Dạng độ lún bề mặt đất 22 2.4.2 Xác định giá trị lớn độ lún bề mặt đất 23 2.2 ỨNG XỬ KHÔNG GIAN Q TRÌNH THI CƠNG TẦNG HẦM 25 2.3 PHÂN TÍCH BÀI TỐN HỐ ĐÀO SÂU BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN SỬ DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS .26 2.3.1 QUAN HỆ THOÁT NƯỚC VÀ KHƠNG THỐT NƯỚC TRONG PLAXIS 20 2.3.2 MƠ HÌNH TĂNG BỀN ĐẲNG HƯỚNG HARDENING SOIL .26 -vii 2.3.3 SO SÁNH GIỮA MƠ HÌNH MOHR–COULOMB VÀ MƠ HÌNH HARDENING SOIL 32 2.3.4 CHIA LƯỚI PHẦN TỬ TRONG PLAXIS 32 CHƯƠNG PHÂN NỘI LỰC SÀN TẦNG HẦM TRONG Q TRÌNH THI CƠNG TẦNG HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP TOP-DOWN CỦA MỘT CƠNG TRÌNH THỰC TẾ Ở TP HỒ CHÍ MINH .36 3.1 THỰC TRẠNG CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU 36 3.1.1 ĐẶC ĐIỂM CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU 36 3.1.2 VẤN ĐỀ NGUYÊN CỨU 37 3.1.3 ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH 39 3.1.4 TRÌNH TỰ THI CƠNG TẦNG HẦM 41 3.2 MƠ PHỎNG BÀI TỐN .47 3.2.1 THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CỦA BÀI TOÁN 47 3.2.2 CÁC GIAI ĐOẠN THI CÔNG TẦNG HẦM 51 3.3 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ BÀI TỐN 52 3.3.1 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ SO SÁNH VỚI QUAN TRẮC THỰC TẾ……… 52 3.3.2 PHÂN TÍCH NỘI LỰC SÀN TẦNG HẦM TRONG Q TRÌNH THI CƠNG TẦNG HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP TOP-DOWN 61 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 -viii - DANH MỤC BẢNG CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Bảng 1 Tính chất lý đất cơng trình .16 Bảng Các giai đoạn thi công hố đào 17 Bảng Kết lý thuyết đo thực tế lực dọc tác dụng lớp chống 18 CHƯƠNG – PHÂN NỘI LỰC SÀN TẦNG HẦM TRONG Q TRÌNH THI CƠNG TẦNG HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP TOP-DOWN CỦA MỘT CƠNG TRÌNH THỰC TẾ Ở TP HỒ CHÍ MINH Bàng Bảng phân loại đặc điểm phân bố lớp đất hố khoan BH1 39 Bàng Thông số đầu vào tường vây 48 Bàng 3 Thông số đầu vào hệ kingpost 48 Bàng Thông số đầu vào sàn tầng hầm cơng trình .49 Bàng Tính chất lý chủ yếu đất cơng trình .50 Bàng Các giai đoạn tính toán .51 Bàng Chuyển vị tường vây ống ICL7 53 Bàng Chuyển vị tường vây ống ICL8 54 Bàng cốt thép gia cường cho sàn hầm (phần 1) .73 Bàng 10 cốt thép gia cường cho sàn hầm (phần 2) .73 -64- kN/m Hình 32 Nội lực N2 sàn L1 phase -65kN/m Hình 33 Nội lực N2 sàn L1 phase -66- kN/m Hình 34 Nội lực N2 sàn L1 phase 12 -67kN/m Hình 35 Nội lực N1 sàn B1 phase -68kN/m Hình 36 Nội lực N1 sàn B1 phase -69- kN/m Hình 37 Nội lực N1 sàn B1 phase 12 -70kN/m Hình 38 Nội lực N2 sàn B1 phase -71- kN/m Hình 39 Nội lực N2 sàn B1 phase -72kN/m Hình 40 Nội lực N2 sàn B1 phase 12 -73- Nhận xét: Qua kết nội lực sàn ta nhận thấy qua trình thi cơng tầng hầm phương pháp Top-down làm phát sinh ứng suất sàn phức tạp Có nhiều vị trí sàn xuất ứng suất kéo, nén lớn cần phải gia cường thép Các khu vực tập trung quanh lổ mở sàn khu vực biên tường vây ứng xử phức tạp qua phase khác đơn chịu kéo chịu nén mà đan xen qua giai đoạn thi cơng cơng trình 3.3.2.2 GIA CƯỜNG THÉP CHO SÀN Như trình ta có bê tơng sử dụng cho sàn B30, thép sử dụng loại CIII có Rs=365MPa kết trình bên Bàng cốt thép gia cường cho sàn hầm (phần 1) PHASE Sàn mm Nội lực Ứng suất N1 max N1 N2 max N2 σN1max σN1min σN2max σN2min kN/m kN/m kN/m kN/m kN/m2 kN/m2 kN/m2 kN/m2 1444.1 -2368.4 L1 230 332.2 -544.7 398.3 -748.1 B1 250 84.2 -65.1 56.1 -187.1 L1 230 317.1 -461.2 423.5 -554.6 1378.7 -2005.1 1841.4 -2411.1 B1 250 256.5 -428.0 420.7 -1360.0 1025.8 -1711.8 1682.8 -5440.0 12 L1 230 386.9 -931.4 386.9 -1100.0 1682.0 -4049.5 1682.1 -4782.6 12 B1 250 315.3 -917.8 562.7 -2420.0 1261.1 -3671.2 2251.0 -9680.0 337.0 1731.8 -3252.7 -260.4 224.4 -748.4 Bàng 10 cốt thép gia cường cho sàn hầm (phần 2) Thép Sàn PHASE N1max mm mm2 N1min Ф16 mm2 N2max mm2 N2min Ф16 mm2 L1 230 3957 20 OK 4745 23 OK B1 250 923 OK 615 OK L1 230 3777 19 OK 5045 25 OK B1 250 2811 14 OK 4610 23 OK 12 L1 230 4608 23 OK 4609 23 OK 12 B1 250 3455 17 OK 6167 30 OK -74- Nhận xét: Qua kết tác giả nhận thấy nội lực phát sinh sàn có nhiều vùng suất ứng suất kéo giá trị mét vuông lớn cần phải ý gia cường thép q trình thi cơng tầng hầm phương pháp Top-down để tránh tượng phá hoại cục sàn -75- KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ I KẾT LUẬN Trong q trình thi cơng tầng hầm phương pháp Top-Down nội lực sàn hầm (bao gồm sàn tầng trệt) ứng xử phức tạp Sàn hầm bị kéo-nén thay đổi theo giai đoạn đào đất thi công sàn hầm Nội lực phát sinh sàn hầm trình thi cơng phương pháp Top-Down có giai đoạn xuất ứng suất kéo lớn, giá trị làm nứt (hoặc phá hoại cục bộ) số vùng sàn hầm không gia cường thép phù hợp Mơ tốn phần mền Plaxis 3D Foundation cho kết tương đồng với số liệu quan trắc thực tế Điều nà chứng tỏ với thơng số đầu vào xác, việc chọn mơ tốn phương pháp khơng gian cho kết xác với thực tế đáng tin cậy Có thể dùng kết để đánh giá số tốn chưa có kết từ khảo sát thực tế Mơ hình Plaxis 3D thể rõ hiệu ứng vịm tường vây khơng gian Theo đó, góc nhọn, chuyển vị tường vây bé, trái lại góc lồi (góc tù), chuyển vị tường vây lại lớn Dựa giá trị chuyển vị tường vây, dự đốn hình dạng biến dạng đất giá trị độ lún bề mặt công thức thực nghiệm II KIẾN NGHỊ Trong trình thi cơng tầng hầm, sàn cần tính tốn gia cường thép phù hợp tránh nứt sàn dó pháp sinh ứng suất kéo Cần xem xét yếu tố thời gian q trình thi cơng tầng hầm Cần phân tích thêm cơng trình có điều kiện địa chất khác để kết luận đầy đủ nội lực sàn q trình thi cơng tầng hầm phương pháp TopDown -76- TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Teparaksa W., Thasnanipan N., Maugn A W., Wei S H., 1998, Prediction and Performances of short embeded cast in - situ diaphragm wall for deep excavation in Bangkok subsoil, Fourth International Conference on Case Histories in Geotechnical Engineering, St Louis, USA, pp 686 - 692 [2] Der-Guey Lin, Siu-Mun Woo, 2007, Three Dimensonal Analyses of Deep Excavation in Taipei 101 Construction Project, Journal of GeoEngineering, Vol 2, No 1, pp 29 - 41 [3] Abdol Hagh, Kanchan K Sen, Yousef Alostaz, Guido Pellegrino, 2004, Support of Deep Excavation in Soft Clay: A Case History Study, Fifth International Conference on Case Histories in Geotechnical Engineering, New York, USA, Paper No 5.45 [4] N Thasnanipan, A.W Maung, P Tanseng and S.H Wei, 1998, Performance of a brace excavation in Bangkok Clay, Diaphragm Wall subject to Unbalanced loading conditions, Proceeding of the thirtteenth SouthEast Asia Geotecnical Conference, pp 655 - 660 [5] Châu Ngọc Ẩn, Lê Văn Pha, 2007, Tính tốn hệ kết cấu bảo vệ hố móng sâu phương pháp xét làm việc đồng thời đất kết cấu, Tạp chí phát triển khoa học cơng nghệ, Tập 10, Số 10, Tr 52 - 61 [6] Chang-Yu Ou, Deep Excavation - Theory and Practice, Taylor & Francis Group, London, UK, 2006 [7] Malcolm Puller, Deep Excavation - A practice manual, 2nd Edition, Thomas Telford, London, 2003 [9] BS8002: 1994, Code of pratice for earth retaining structures [10] Bùi Trường Sơn, Địa chất cơng trình, NXB Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, 2010 [11] Châu Ngọc Ẩn, Cơ học đất, NXB Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, 2009 [12] Braja M Das, Principles of Geotechnical Engineering, PWS Publishing Company, 1985 -77- [13] Manual of Plaxis 3D Foundation version 1.6 [14] Plaxis - Advanced Course on Computational Geotechnics, Hong Kong, 2012 [15] Tài liệu đo đạc thực tế chuyển vị tường vây “Dự án Rivergate Residence”– Q.4, TP Hồ Chí Minh [16] Tập vẽ Biện Pháp Thi Công “Dự án Rivergate Residence” Hịa Bình lập 08/2015 [17] Huỳnh Thế Vĩ, Luận văn thạc sĩ, Phân tích ảnh hưởng hệ chống đến chuyển vị tường chắn q trình thi cơng hố đào sâu LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: TÔ THANH SANG Ngày, tháng, năm sinh: 01/01/1992 Nơi sinh: Thoại Sơn – An Giang Địa liên lạc: 86/6/20a Âu Cơ, F.9, Q Tân Bình, TP Hồ Chí Minh Điện thoại: 01655 276 903 Email: tothanhsangcv@gmai.com QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO  2010 - 2015: Sinh viên ngành Xây Dựng Dân Dụng & Công Nghiệp - Trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh  2015 - 2017: Học viên cao học ngành Địa Kỹ Thuật Xây Dựng - Trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Q TRÌNH CƠNG TÁC  01/2015 – 05/2016: Cơng Ty Tư Vấn Xây Dựng Tân Bách Khoa  05/2016 – nay: Công Ty Tư Vấn Xây Dựng Tham and Wong Việt Nam ... mà sàn phương pháp thi công Top- down thật cần thi? ??t có ảnh hưởng lớn đến chuyển vị tường chắn q trình thi cơng tầng hầm Vấn đề phân tích nội lực sàn tầng hầm q trình thi cơng tầng hầm phương pháp. .. dùng phân tích hố đào sâu 34 Hình 13 Ước lượng độ lún bề mặt đất theo phương pháp Peck (1969) 35 CHƯƠNG – PHÂN NỘI LỰC SÀN TẦNG HẦM TRONG Q TRÌNH THI CƠNG TẦNG HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP TOP- DOWN. .. đào Đây phương pháp đơn giản dễ áp dụng nên ngày nhiều kỹ sư sử dụng phân tích tốn hố đào -36- CHƯƠNG PHÂN NỘI LỰC SÀN TẦNG HẦM TRONG Q TRÌNH THI CƠNG TẦNG HẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP TOP- DOWN CỦA