Phân tích tác dụng của hệ tường băng (cắt) ngang trong hố đào sâu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN QUANG SƠN PHÂN TÍCH TÁC DỤNG CỦA HỆ TƯỜNG BĂNG (CẮT) NGANG TRONG HỐ ĐÀO SÂU CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG MÃ SỐ : 60.58.60 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN QUANG SƠN PHÂN TÍCH TÁC DỤNG CỦA HỆ TƯỜNG BĂNG (CẮT) NGANG TRONG HỐ ĐÀO SÂU CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG MÃ SỐ : 60.58.60 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2013 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TS CHÂU NGỌC ẨN Cán chấm nhận xét 1: TS LÊ VĂN PHA Cán chấm nhận xét 2: TS VÕ NGỌC HÀ Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP Hồ Chí Minh ngày 29 tháng 08 năm 2013 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ: GS.TS TRẦN THỊ THANH PGS.TS CHÂU NGỌC ẨN TS LÊ VĂN PHA TS VÕ NGỌC HÀ 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 GS.TS TRẦN THỊ THANH TRƯỞNG KHOA TS NGUYỄN MINH TÂM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHỊNG ĐÀO TẠO SĐH Đợc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên Phái : Nam Ngày tháng năm sinh : 10/01/1986 Nơi sinh : Bình Định Chun ngành Mã sớ ngành : 60.58.60 I : NGUYỄN QUANG SƠN : Địa Kỹ Thuật Xây Dựng TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích tác dụng hệ tường băng (cắt) ngang hố đào sâu II NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: TỔNG QUAN : Đặc điểm chuyển vị tường vây cần thiết hệ tường băng (cắt) ngang ; biện pháp áp dụng đâu LÝ THUYẾT : Tính tốn hoạt động hệ tường băng ngang giúp ổn định hố đào MƠ PHỎNG PHÂN TÍCH : Phân tích tốn phần mềm Plaxis (theo số liệu báo tham khảo) KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/01/2013 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/06/2013 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS CHÂU NGỌC ẨN Tp HCM, ngày tháng năm 20 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO PGS.TS CHÂU NGỌC ẨN PGS.TS VÕ PHÁN TRƯỞNG KHOA i LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian tham gia khóa học đào tạo thạc sỹ chuyên ngành Địa kỹ thuật xây dựng, tác giả tiếp thu kiến thức bổ ích phục vụ cho cơng việc Tác giả xin chân thành gửi lời biết ơn đến quý thầy cô môn Địa – Nền móng nhiệt tình giảng dạy cho thời gian qua Đặc biệt tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy Châu Ngọc Ẩn giúp đỡ tác giả nhiều việc định hướng hướng dẫn thực luận văn Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn đến bạn lớp Địa kỹ thuật xây dựng khóa 2011 hỗ trợ nhiều trình học tập Xin chân thành cảm ơn! TP.HCM, ngày 21 tháng năm 2013 Học viên thực NGUYỄN QUANG SƠN ii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÂN TÍCH TÁC DỤNG CỦA HỆ TƯỜNG BĂNG (CẮT) NGANG TRONG HỐ ĐÀO SÂU TÓM TẮT: Đề tài luận văn tập trung phân tích đánh giá tác dụng hệ tường băng (cắt) ngang hố đào sâu Dựa kết quan trắc tác giả mô hố đào sâu có xây dựng hệ tường băng (cắt) ngang phần mềm Plaxis 2D sau so sánh kết chuyển vị ngang tường vây với mơ hình hố đào khơng có xây dựng hệ tường băng (cắt) ngang Kết chuyển vị ngang tường vây có hệ tường băng (cắt) ngang nhỏ khơng có hệ tường Chuyển vị tường vây nhỏ vị trí xây dựng tường băng (cắt) ngang tăng dần tăng khoảng cách tính từ tường băng (cắt) ngang tới vị trí hai tường Tác dụng làm giảm chuyển vị ngang tường vây hệ tường băng ngang phụ thuộc vào chiều sâu khoảng cách bố trí hệ tường ANALYSIS OF EFFECT OF CROSS WALLS IN DEEP EXCAVATION ABSTRACT: The thesis focuses on evaluating the effect of cross walls in deep excavation Based on the results of observation, the author simulated an excavation with cross walls by Plaxis 2D software and then made a comparision of diaphragm wall deflection with no cross walls case As a result, the lateral diaphragm wall deflection of installed cross walls case was smaller than without cross walls case The deflection of diaphragm wall was smallest at the location of the cross wall installed and then increased with the increasing distance from the cross wall, up to the midpoint between two cross walls The effect of cross walls in reducing the letaral wall deflection was also dependent on the depth of cross walls and the cross wall interval iii LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ LUẬN VĂN Tôi xin cam đoan: Bản Luận văn tốt nghiệp cơng trình nghiên cứu thực cá nhân tôi, thực sở nghiên cứu lý thuyết, kiến thức, số liệu đo đạc thực tiễn hướng dẫn của: PGS.TS Châu Ngọc Ẩn Các số liệu, mơ hình tính tốn kết Luận văn hoàn toàn trung thực Nội dung Luận văn hoàn toàn tuân theo nội dung đề cương Luận văn Hội đồng đánh giá đề cương Luận văn Cao học ngành Địa Kỹ Thuật Xây Dựng, Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng thông qua Một lần nữa, xin khẳng định trung thực lời cam đoan iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN I TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ II LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ LUẬN VĂN III DANH MỤC HÌNH VẼ VII DANH MỤC BẢNG BIỂU XIV DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU XV MỞ ĐẦU .1 NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu hệ tường băng ngang (cross walls) 1.2 Vấn đề nghiên cứu .6 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lý thuyết tính tường chắn theo tốn theo tốn phân tích biến dạng phẳng có hệ tường băng ngang [1] 2.2 Lý thuyết áp lực đất chủ động, bị động 11 2.2.1 Phân loại áp lực ngang đất 11 2.2.2 Lý thuyết Mohr-Rankine 12 2.2.2.1 Đối với đất rời (c = 0) 12 2.2.2.2 Đối với đất dính (c ≠ 0) 14 2.2.3 Lý thuyết Coulomb 16 2.2.3.1 Áp lực chủ động: 16 2.2.3.2 Áp lực bị động 19 2.3 Áp lực đất lên tường vây hố đào 22 v 2.3.1 Trong đất cát 22 2.3.2 Trong đất sét yếu vừa 23 2.3.3 Trong đất sét cứng 24 2.3.4 Những hạn chế biểu đồ bao áp lực 25 2.3.5 Trong đất nhiều lớp 25 2.3.6 Biểu đồ áp lực theo TSCHEBOTARIOFF 26 2.4 Cơ học đất tới hạn 27 2.4.1 Nén trục .28 2.4.2 Nén trục UU 29 2.4.3 Lộ trình ứng suất 30 2.4.3.1 Hệ trục s-t Lambe 33 2.4.3.2 Hệ trục Roscoe cộng (1958) 34 2.5 Mô hình đất 34 2.5.1 Lý thuyết đàn hồi – dẻo áp dụng phần mềm Plaxis 34 2.5.2 Những mơ hình đất .36 CHƯƠNG 3: MƠ PHỎNG PHÂN TÍCH 38 3.1 Giới thiệu công trình [1] [2] [3] 38 3.2 Điều kiện địa chất 39 3.3 Quy trình thi cơng hố móng 41 3.4 Kết quan trắc 42 3.5 Mô Plaxis 2D 45 3.5.1 Thông số đất 46 3.5.2 Thơng số mơ hình tường vây, sàn hầm, chống, tường băng ngang 49 3.5.3 Phụ tải bề mặt 51 vi 3.6 Kết phân tích 52 3.6.1 Khảo sát vị trí SI-8 53 3.6.2 Khảo sát vị trí SO-1 62 3.6.3 Khảo sát chuyển vị ngang lớn tường vây điểm khác hai tường băng ngang 69 3.7 Thay đổi thông số chiều sâu tường băng ngang khảo sát mơ hình hố đào 70 3.7.1 Khảo sát vị trí SI-8 71 3.7.2 Khảo sát vị trí SO-1 78 3.7.3 Khảo sát chuyển vị ngang lớn tường vây điểm khác hai tường băng ngang 85 3.8 Thay đổi thông số khoảng cách hai tường băng ngang khảo sát mơ hình hố đào 86 3.8.1 Khảo sát vị trí xây dựng tường băng ngang (d/L’= 0) 88 3.8.2 Khảo sát vị trí hai tường băng ngang (d/L’=0.5) 95 3.8.3 Khảo sát chuyển vị ngang lớn tường vây điểm khác hai tường băng ngang 102 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TƯƠNG LAI .104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 105 LÝ LỊCH KHOA HỌC 106 92 d/L'=0, PHASE 10 160 120 80 40 0 -10 -30 Chiều sâu (m) -20 -40 -50 Ux (mm) -60 quan trắc (d/L'=0, L'/H=0.8) P.tích có CW(d/L'=0, L'/H=1.54) P.tích khơng có CW Hình 3.66 So sánh chuyển vị ngang tường vây từ mơ hình phân tích L’/H=1.54 với trường hợp khác vị trí d/L’=0, phase 10 93 d/L'=0 , PHASE 160 120 80 40 0 -10 -30 Chiều sâu (m) -20 -40 -50 Ux (mm) -60 quan trắc (d/L'=0, L'/H=0.8) P.tích có CW(d/L'=0, L'/H=1.54) P.tích khơng có CW Hình 3.67 So sánh chuyển vị ngang tường vây từ mơ hình phân tích L’/H=1.54 với trường hợp khác vị trí d/L’=0, phase 94 d/L'=0 100 Ux _max (mm) 82.25 72.01 80 56.69 60 75.15 61.10 49.53 40.67 4025.14 29.39 20 10.10 9.41 10.87 14.30 15.67 14.80 19.77 19.90 22.35 10 Phase Quan trắc(d/L'=0, L'/H=0.8) 19.10 24.49 12 23.40 28.51 29.00 26.10 31.30 32.50 14 16 18 P.tích CW(d/L'=0, L'/H=1.54) P.tích khơng có CW Hình 3.68 So sánh chuyển vị ngang lớn tường vây từ mơ hình phân tích L’/H=1.54 với trường hợp khác điểm d/L’=0 d/L'=0 Tỷ lệ giảm Ux_max (%) 100 80 62.57 63.01 61.47 60.08 60.58 59.92 60.41 58.35 10 Phase 12 14 16 60.49 60 40 20 18 Hình 3.69 Tỷ lệ làm giảm chuyển vị ngang tường vây tường băng ngang so với mô hình khơng có tường băng ngang, trường hợp L’/H=1.54, điểm d/L’=0 95 Nhận xét: Xét vị trí có xây dựng tường băng ngang (d/L’=0):  Khi tăng khoảng cách hai tường băng ngang (L’/H=1.54) chuyển vị ngang tường vây tăng lên không đáng kể so với trường hợp L’/H=0.8 (xem hình 3.64, …, 3.68)  Khi tăng khoảng cách hai tường băng ngang (L’/H=1.54) chuyển vị ngang lớn tường vây giảm khoảng 61% so với trường hợp phân tích khơng có tường băng ngang (xem hình 3.69) 3.8.2 Khảo sát vị trí hai tường băng ngang (d/L’=0.5) Hình 3.70 Chuyển vị hố đào (d/L’=0.5, phase 18) Hình 3.71 Chuyển vị hố đào (d/L’=0.5, phase 14) 96 Hình 3.72 Chuyển vị hố đào (d/L’=0.5, phase 10) Hình 3.73 Chuyển vị hố đào (d/L’=0.5, phase 6) 97 d/L'=0.5, PHASE 18 160 120 80 40 0 -10 -30 Chiều sâu (m) -20 -40 -50 Ux(mm) -60 Quan trắc (d/L'=0.5, L'/H=0.8) P.tích có CW (d/L'=0.5, L'/H=1.54) P.tích khơng có CW Hình 3.74 So sánh chuyển vị ngang tường vây từ mơ hình phân tích L’/H=1.54 với trường hợp khác vị trí d/L’=0.5, phase 18 98 d/L'=0.5, PHASE 14 160 120 80 40 0 -10 -30 Chiều sâu (m) -20 -40 -50 Ux (mm) -60 Quan trắc (d/L'=0.5, L'/H=0.8) P.tích có CW (d/L'=0.5, L'/H=1.54) P.tích khơng có CW Hình 3.75 So sánh chuyển vị ngang tường vây từ mơ hình phân tích L’/H=1.54 với trường hợp khác vị trí d/L’=0.5, phase 14 99 d/L'=0.5, PHASE 10 160 120 80 40 0 -10 -30 Chiều sâu (m) -20 -40 -50 Ux (mm) -60 Quan trắc (d/L'=0.5, L'/H=0.8) P.tích có CW (d/L'=0.5, L'/H=1.54) P.tích khơng có CW Hình 3.76 So sánh chuyển vị ngang tường vây từ mơ hình phân tích L’/H=1.54 với trường hợp khác vị trí d/L’=0.5, phase 10 100 d/L'=0.5, PHASE 160 120 80 40 0 -10 -30 Chiều sâu (m) -20 -40 -50 Ux (mm) -60 Quan trắc (d/L'=0.5, L'/H=0.8) P.tích có CW (d/L'=0.5, L'/H=1.54) P.tích khơng có CW Hình 3.77 So sánh chuyển vị ngang tường vây từ mơ hình phân tích L’/H=1.54 với trường hợp khác vị trí d/L’=0.5, phase 101 d/L'=0.5 100 Ux _max (mm) 82.25 72.01 80 56.69 60 61.10 49.53 68.51 40.67 40 23.61 3.40 46.57 34.80 27.78 13.80 78.03 59.54 38.28 20 72.83 53.31 29.39 25.14 75.15 46.50 47.40 16 18 40.30 25.60 17.50 19.00 10 Phase 12 14 Quan trắc (d/L'=0.5, L'/H=0.8) P.tích có CW (d/L'=0.5, L'/H=1.54) P.tích khơng có CW Hình 3.78 So sánh chuyển vị ngang lớn tường vây từ mơ hình phân tích L’/H=1.54 với trường hợp khác vị trí d/L’=0.5 d/L'=0.5 Tỷ lệ giảm Ux_max (%) 100 80 60 40 20 6.09 5.48 5.88 5.98 5.96 10 Phase 2.55 4.86 3.09 5.13 12 14 16 18 Hình 3.79 Tỷ lệ làm giảm chuyển vị ngang lớn tường băng ngang so với mơ hình khơng có tường băng ngang, trường hợp L’/H=1.54, điểm d/L’=0.5 102 Nhận xét: Xét vị trí hai tường băng ngang (d/L’=0.5):  Khi phân tích tăng khoảng cách hai tường băng ngang (L’/H=1.54) chuyển vị ngang lớn tường vây lớn nhiều so với trường hợp phân tích L’/H=0.8 (xem hình3.74, …, 3.78)  Khi phân tích tăng khoảng cách hai tường băng ngang (L’/H=1.54) chuyển vị ngang lớn tường vây giảm không đáng kể so với trường hợp phân tích khơng có tường băng ngang (xem hình 3.79) 3.8.3 Khảo sát chuyển vị ngang lớn tường vây điểm khác hai tường băng ngang Ta tiến hành lập khảo sát mơ hình vị trí có khoảng cách đến tường băng ngang (d) 2m, 6m, 10m, 15m tương ứng với d/L’=0.04; 0.12; 0.20; 0.30 để so sánh chuyển vị ngang lớn tường vây vị trí khác 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 d / L' 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Ux_max (mm) 20 40 60 80 100 Quan trắc (L'/H=0.8) P.tích có CW (L'/H=0.8) P.tích khơng có CW P.tích có CW (L'/H=1.54) Hình 3.80 So sánh chuyển vị ngang lớn tường vây vị trí khác kết quan trắc phân tích mơ hình 103 Nhận xét: Khi tăng khoảng cách hai tường băng ngang chuyển vị ngang lớn tường vây tăng lên Tại vị trí gần tường băng ngang chuyển vị ngang tường vây nhỏ tiến xa khỏi tường băng ngang chuyển vị ngang tăng, đạt giá trị lớn điểm hai tường băng ngang 104 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TƯƠNG LAI Kết luận Hệ tường băng ngang xây dựng vng góc với tường vây trước thi cơng đào đất Tường băng ngang có chức giống hệ giằng chống lại chuyển vị ngang tường vây Chuyển vị ngang tường vây nhỏ vị trí tường băng ngang xây dựng tăng dần tiến từ vị trí đến vị trí hai tường băng ngang Theo kết phân tích luận văn này, chuyển vị ngang lớn tường vây giảm tới khoảng 72% vị trí xây dựng tường băng ngang tới khoảng 40% vị trí hai tường băng ngang so với trường hợp khơng có hệ tường Khi giảm chiều sâu tăng khoảng cách tường băng ngang tác dụng làm giảm chuyển vị ngang tường vây hệ tường băng ngang giảm Theo kết phân tích cho trường hợp tăng L’/H=1.54 (tỷ số khoảng cách hai tường băng ngang với chiều sâu hố đào) tác dụng hệ tường băng ngang không lớn Chuyển vị ngang tường vây lớn vị trí hai tường băng ngang Cho nên người kỹ sư thiết kế cần phải chọn chiều sâu khoảng cách bố trí hệ tường băng ngang để đảm bảo giá trị chuyển vị ngang nằm điều kiện sách (specification) thi công hố đào sâu Kiến nghị hướng nghiên cứu tương lai  Phân tích mơ hình hố đào 3D có bố trí hệ tường băng ngang so sánh kết với phân tích mơ hình 2D theo phương pháp dầm tương đương trình bày luận văn  Nghiên cứu kết hợp tính thiết kế hệ tường băng ngang phận kết cấu chịu lực cơng trình  Phân tích tác dụng hệ tường chống đỡ (buttress walls) hố đào sâu  Nghiên cứu ứng dụng hệ tường băng ngang cho hố đào sâu Việt Nam 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] P.G Hsieh, C.Y Ou, and C Shih, “A simplify of plan strain analysis of lateral wall deflection for excavations with cross walls,” NRC Research Press, Sep 2012 [2] C.Y Ou, Y.L Lin, and P.G Hsieh, “Case record of an excavation with cross walls and butress walls,” Journal of GeoEngineering, vol 1, no 2, pp 79-86, Dec 2006 [3] P.G Hsieh, C.Y Ou and Y.L Lin, “Three-dimmentional numerical analysis of deep excavations with cross walls,” 2012 [4] R Hwang and Z Moh, “Evaluating effectiveness of butress wall and cross walls by reference envelopes,” Journal of GeoEngineering, vol 3, no 1, pp 111, Apr 2008 [5] C.Y Ou, P.G Hsieh, and Y.L Lin, “Performance of excavations with cross walls,” Journal of Geotechnical and Geoenviromental Engineering, vol 137, no 1, Jan 2011 [6] Y Tan and C.M Chow, “Design of retaining wall and support systems for deep basement construction- A Malaysian experience,” 2008 [7] M Tomlinson, Foundation design and construction, London, United Kingdom: Pearson Education, 2001 [8] Ẩn Châu Ngọc, Cơ học đất, NXB ĐHQG TP.HCM, 2011 [9] Hiển Nguyễn Trọng, Luận văn thạc sỹ, ĐHQG TP.HCM, 2011 106 LÝ LỊCH KHOA HỌC I TÓM TẮT  Họ tên : Nguyễn Quang Sơn  Phái : Nam  Ngày sinh : 10/01/1986  Nơi sinh : Bình Định II ĐỊA CHỈ LIÊN LẠC  Địa thường trú : 50 Hoàng Thị Loan, TP.Kontum, tỉnh Kontum  Điện thoại : 0907135798  Mail : quangsonktvn@gmail.com  Cơ quan : C.ty TNHH MTV Thương Mại & Công Nghệ Xây Dựng ACONS  Địa quan : 17 Hoàng Diệu, phường 10, quận Phú Nhuận, TP.HCM III QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO  Năm 2004 – 2009 : Sinh viên trường ĐH Kiến Trúc TP.HCM  Tốt nghiệp đại học : năm 2009  Hệ : Chính quy  Trường : Đại học Kiến trúc TP.HCM  Chuyên ngành : Xây dựng dân dụng công nghiệp  Năm 2011 : Trúng tuyển cao học khóa 2011  Ngành học : Địa Kỹ Thuật Xây Dựng  Mã số học viên : 11090325 IV Q TRÌNH CƠNG TÁC  Từ 04/2009 – 4/2011 : công tác Công ty Cổ Phần Việt Kiến Trúc  Từ 4/2011 đến : công tác Công ty TNHH MTV Thương Mại & Công Nghệ Xây Dựng ACONS ... SĨ PHÂN TÍCH TÁC DỤNG CỦA HỆ TƯỜNG BĂNG (CẮT) NGANG TRONG HỐ ĐÀO SÂU TÓM TẮT: Đề tài luận văn tập trung phân tích đánh giá tác dụng hệ tường băng (cắt) ngang hố đào sâu Dựa kết quan trắc tác. .. ngang tường chắn thay đổi thông số hệ tường băng ngang - Kết luận công hệ tường băng ngang thi cơng hố đào sâu Tính khoa học, thực tiễn đề tài: Đề tài phân tích tác dụng hệ tường băng ngang hố đào. .. TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích tác dụng hệ tường băng (cắt) ngang hố đào sâu II NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: TỔNG QUAN : Đặc điểm chuyển vị tường vây cần thiết hệ tường băng (cắt) ngang ; biện pháp áp dụng đâu LÝ