C I M NG SU T – BI N D NG C A T N N XUNG QUANH C NG TRỊN CHƠN SÂU KHU V C THÀNH PH H CHÍ MINH Tr n Quang Huy1, Bùi Tr ng S n2 (1) T ng Công ty Xây d ng Trung Qu c (CSCEC) (2) Tr ng i h c Bách Khoa, HQG-HCM TĨM T T: C ng ng m chơn sâu m t nh ng gi i pháp h p lý nh t đ c ch n l a cho cơng trình thu gom x lý n c th i Thành ph H Chí Minh Vi c l p đ t xây d ng c ng tròn đ sâu l n l p cát m n l n b t bên d i l p đ t y u không gây nh h ng lên công trình hi n h u C n c c s u ki n đ a ch t khu v c, th c hi n phân tích ng x ng su t – bi n d ng c a đ t xung quanh c ng ng m d ng trịn có xét đ n q trình thi cơng b ng ph ng pháp kích đ y v i đ u khiên có h th ng cân b ng áp l c đ t n c ng m Ngoài ra, vi c tính tốn phân tích cịn cho phép xét đ n kh n ng long r i đ t q trình thi cơng nh h ng c a lên đ c m ng su t – bi n d ng c a đ t n n ABSTRACT: STRESS-STRAIN CHARACTER OF GROUND AROUND BURIED CIRCULAR PIPES IN HOCHIMINH CITY Depth buried pipe is one of the best efficient solutions, which selected for the sanitary and storm sewers in HoChiMinh City The installation of circular pipes at high depth in silty fine sandy layer beneath soft soil layers does not affect to existing facilities Based on local geological conditions, taking into account of pipe jacking method including earth pressure balance system and groundwater, the analyses of stress – strain behavior of soil around buried pipes are carried out Beside, it is analyzed to the disturbance of soils during tunneling and the effects to the stress – strain characteristics of soils C I M I U KI N A CH T CƠNG TRÌNH KHU V C VÀ GI I PHÁP CHO CƠNG TRÌNH THU GOM N C TH I Do đ c thù u ki n đ a ch t cơng trình c a khu v c Thành ph H Chí Minh (Tp HCM) có l p tr m tích tr có b dày l n nên vi c ch n l a ph ng pháp xây d ng cơng trình n c đô th nh t thi t ph i xét đ n y u t quan tr ng hàng đ u Trong u ki n đô th , n u thi t k cơng trình n c đ sâu không l n, bi n pháp thi cơng s g p nhi u khó kh n Th t v y, v i nhi u cơng trình hi u h u n n tr m tích b r i, nh t thi t ph i b trí cơng trình ch ng đ khai đào đ tránh nh h ng đ n cơng trình m t Vi c gây nhi u t n kéo dài th i gian thi công đáng k khu v c Tp HCM, bao ph h u h t di n tích qu n 1, 2, 4, 5, 7, 8, l p tr m tích có tu i T hi n đ i, ch y u bùn sét T m t c t đ a ch t khu v c xây d ng có th th y r ng l p đ t có kh n ng ch u t i t ng đ i t t l p cát m n l n b t tr ng thái ch t v a n m bên d i l p bùn sét y u N u cơng trình ng m đ c đ t t ng bùn sét y u bi n d ng bi n d ng l ch c a cơng trình có th r t l n, khơng th trì u ki n làm vi c n đ nh đ c Trong tr ng h p c ng đ t nơng có th g p nhi u khó kh n bi n pháp thi công ph i th c hi n cơng trình ch ng đ t m th i ho c ph i ti n hành x lý n n Do đó, cơng trình ng m n c khu v c th nh Tp HCM đ c ch n l a đ t đ sâu l n đ sâu này, đ t n n t ng đ i t t Cơng trình c ng ng m đ sâu không nh h ng đáng k đ n đ n đ nh c a cơng trình hi n h u bên Bi n pháp thi công h p lý tr ng h p đào kín http://www.tracuuxaydung.com i v i tốn cơng trình ng m đào kín, đ t bên cơng trình đ c đào s làm m t cân b ng áp l c đ t ph m vi đào, t đ t n n phía d i cơng trình ng m có xu h ng n cịn trình s d ng, tr ng l ng cơng trình ng m t ng có ch a n c bên trong, làm cho đ t n n bên d i cơng trình ng m l i có xu h ng nén xu ng Hi n t ng nén d t i có th th hi n qua ch s nén λ d t i κ t k t qu thí nghi m Mơ hình đ t có xét đ n đ c m bi n d ng c a đ t mơ hình Camclay Do v y s d ng mơ hình Camclay cho tốn đào đ t xây d ng cơng trình ng m s cho k t qu phù h p v i th c t S PHÂN B NG SU T TRONG N N T T B R I XUNG QUANH CƠNG TRÌNH NG M Trong tính tốn cơng trình ng m, áp l c đ a t ng t i tr ng ch y u Tùy theo tính ch t c u t o đ a ch t, áp l c đ a t ng tác d ng lên cơng trình ng m có th th ng đ ng t xu ng, áp l c ngang, áp l c t d i đáy c ng tác d ng lên áp l c d c theo chi u dài cơng trình Th c t xây d ng cho th y r ng áp l c đ a t ng lên cơng trình ng m phát tri n m nh m t a c a cơng trình ng m lún xu ng hay bi n d ng Do ph i th c s c n tr ng công tác thi công, tránh làm y u đ t n n Theo nhi u tài li u, th i gian thi công th ng quan tr c th y s gia t ng áp l c đ a t ng theo th i gian sau l p đ t Nguyên nhân ch y u c a hi n t ng đ c ng c a cơng trình khơng đ , đ t n n xung quanh b xáo tr n gây bi n d ng cơng trình làm gia t ng giá tr áp l c đ t Áp l c đ t lên cơng trình khơng nh ng ph thu c vào đ c tr ng c lý, c u trúc đ a t ng mà ph thu c vào đ c m trình thi công Rõ ràng tr ng thái ng su t ban đ u nh h ng đáng k lên k t qu tính tốn Do đó, k t qu toán phù h p h n nên xét u ki n thi công th c t q σ τ σx τ z = n.a1 dz σz + dσz 2a1 45 − h ϕ 2a Hình Tr ng thái ng su t kh i đ t b xáo tr n Trên hình th hi n tr ng thái ng su t c a kh i đ t xung quanh cơng trình ng m Áp l c đ t d c tr c cơng trình ng m theo Terzaghi có th bi u di n d i d ng: ⎛ c⎞ a1 ⎜⎜ γ − ⎟⎟ a1 ⎠ × − e − K n tan ϕ + qe − K n tan ϕ σz = ⎝ K tan ϕ (1) Trong đó: a1 : kích th c kh i tr t (hình 1); Kích th c c a kh i tr t: ϕ⎞ ⎛ a1 = a + h tan⎜ 450 − ⎟ 2⎠ ⎝ γ : tr ng l ng riêng c a đ t; K0 : h s áp l c ngang, K = σ x ; σy ( ) c : l c dính; ϕ : góc ma sát trong; q : t i tr ng b m t; n= z , v i z đ sâu k t m t đ t a1 đ n đ nh h m Tr ng h p đ t r i (c = 0) áp l c tác d ng b m t khơng có, t c q = 0, ta th y: σz = a1γ × − e − K0n tan ϕ K tan ϕ ( ) (2) đ sâu l n d i m t đ t, giá tr z l n h n đáng k so v i a1 nên xem nh n = ∞, ta đ c: http://www.tracuuxaydung.com a1γ (3) K tan ϕ Terzaghi cho r ng h s K0 = σx/σy d c tr c cơng trình đ sâu 2a1 cơng trình có th đ t đ n giá tr 1,5 Thông th ng, u ki n đ t y u bão hòa n c tr ng thái ban đ u K0 = Khi đó: σz = σz = a1γ tan ϕ (4) i v i đ t r i, tanϕ = f (đ kiên c ), công th c (4) có th vi t l i d i d ng: a (5) σz = γ f Theo M.M Protodiakonov, ph ng trình đ ng cong m t tr t khai đào có d ng: (6) z= x a1f Trên c s ph ng trình (6) có th bi u di n áp l c đ t theo ph ng th ng đ ng lên n p cơng trình d i d ng: a (7) x σ z = γ −γ a1f f H s kiên c cho l p tr m tích m m r i có th l y x p x f = tanϕ, đ i v i đá c ng f ≈ R, 100 R c ng đ kháng nén đ n tr c c a đá Công th c (7) công th c g n ch p nh n m t s gi thi t Theo công th c c a Terzaghi (1), có th nh n đ c giá tr áp l c theo ph ng th ng đ ng kh i đ t xáo tr n khai đào đ sâu b t k đ i n n đ t V i cát có ϕ = 300, cơng th c (5) tr thành σ z = 1,735a1γ K t qu th c nghi m đo đ c áp l c đ a t ng theo ph ng th ng đ ng dao đ ng ph m vi σ z = (1,3 ÷ 1,4)a1γ Sai s l n nh t so v i k t qu đo đ c th c nghi m 25% [6] Trong tr ng h p chi u sâu đ t công trình nơng, có ngh a chi u sâu đ t c ng z th a mãn u ki n (8) ho c (9) áp l c theo ph ng th ng đ ng xem nh áp l c c a c t đ t, t c σz = γ.h [1, 5, 6] h < (1,5 -2)z (8) Ho c h < 5a1 (phù h p f < 0.8) (9) Ngoài ra, tr ng h p đào sâu th a mãn công th c nh ng đ t đá bên cơng trình ng m y u r i r c t i m c có th b qua l c liên k t nh cơng trình đ t đ t bão hòa n c, vùng cát ch y,… áp l c theo ph ng th ng đ ng v n đ c tính tốn nh áp l c c a c t đ t n σ z = ∑ γ i hi (10) i =1 Áp l c ngang lên cơng trình ng m khai đào theo ph ng th ng đ ng: ϕ⎞ ⎞ ⎛ n ⎛ σ x = ⎜ ∑ γ i hi ⎟ tan ⎜ 45 − ⎟ (11) 2⎠ ⎝ ⎠ ⎝ i =1 n (12) Hay σ x = ν ∑ (γ i hi ) −ν i =1 T k t qu phân tích cơng th c (1), áp l c l ng b n thân l p đ t có b dày h ≥ 5a1 có giá tr khơng đ i khơng ph thu c đ sâu chơn cơng trình Ngồi cịn có th th y r ng, áp l c đ a t ng theo ph ng th ng đ ng lên cơng trình ng m có th tri t tiêu n u γ − c = , a1 t c a1 ≤ c i u hoàn toàn h p lý γ n n đá c ng, h m đào hoàn toàn n đ nh, khơng c n có bi n pháp gia c PHÂN TÍCH C I M NG SU T BI N D NG T N N XUNG QUANH C NG TRÒN B NG PH NG PHÁP PH N T H U H N C ng trịn n c thu c n c ng n m d c đ ng Tr n H ng o, b t đ u t ngã ba đ ng Hàm Nghi, Tôn c Th ng v h ng đ ng Hàm Nghi, Tr n H ng o, r vào đ ng Tr n Tu n Kh i đ vào Tr m b m g n kênh ôi Thông s đ t n n l a ch n tính tốn c n c vào k t qu kh o sát đ a ch t cơng trình h khoan IWPS.S1-01 tr m b m g n kênh [4] C ng trịn làm b ng v t li u bê tông c t thép có đ ng kính ngồi 2,6m, đ ng kính 2,2m đ t sâu l p cát đ sâu 14,5m tính t m t đ t t nhiên đ n tâm c ng K t c u c ng trịn đ c thi t k có th ch u l c thi cơng http://www.tracuuxaydung.com Đ o ä lu ù n c ï c đ a ï i û m a ë t đ a t - S m a x (c m ) Smax điểm A 6.5 0.000 8.5 10.5 12.5 14.5 A -0.010 -0.020 -0.030 -0.035 -0.040 -0.050 -0.060 -0.032 -0.040 -0.047 -0.057 Chiều sâu chôn cống - z (m) Hình Bi u đ quan h gi a đ lún c c đ i b m t Smax (cm) chi u sâu chôn c ng z (m) giai đo n s d ng cơng trình T k t qu tính tốn mơ ph ng b ng ch ng trình Plaxis c s mơ hình Soft soils (là mơ hình Camclay bi n c i), đ kh o sát nh h ng c a đ sâu chôn c ng, ti n hành thi t l p quan h gi a đ lún c c đ i b m t (đi m A) chi u sâu chơn c ng nh hình Có th th y r ng q trình thi cơng đào n đ nh (kích th c h đào kích th c c ng tròn nh nhau, đ t n n xung quanh không b m t mát đào), chi u sâu đ t c ng bé đ lún b m t l n Tuy nhiên, tốn tính tốn u ki n đ a ch t th c t cơng trình cho th y giá tr chuy n v giai đo n thi công không đáng k , nh h n 0,1cm s d ng giá tr đ lún c ng khơng đáng k Tuy nhiên, q trình thi cơng có th x y m t mát m t ph n th tích đ t m t đào đ t b long r i khoan đào, áp l c đ t hay áp l c dung d ch v a cân b ng m t đào H s m t mát th tích đ t m t đào tính tốn d a t s ∆V/V, ∆V, V l n l t l ng th tích đ t m t mát th tích đ t ban đ u m t đào, V = dπD2/4 v i d chi u dài ph n đ t không đ c ch ng đ tr c m t h m (v i lo i khiên đào dùng h th ng cân b ng áp l c đ t n c ng m, d b r ng bu ng áp l c) D đ ng kính h m M t s ý ki n cho r ng h s ∆V/V b ng v i h s tr ng thái n đ nh ∆A/A, ∆A di n tích vùng lún m t đ t t nhiên lúc n đ nh A di n tích đ ng h m [3, 5] tính tốn n i l c, d đoán chuy n v cho c ng ng m đ t n n q trình thi cơng b ng ph ng pháp kích đ y v i đ u khiên đào kín có h th ng cân b ng áp l c m t đào xác h n, c n thi t xét đ n th tích đ t m t mát tính tốn V i u ki n đ a ch t y u r i khu v c Tp HCM, c th cho cơng trình xét, kh n ng x y hi n t ng s t l m t đào d n đ n lún m t đ t có th x y Theo đ ngh c a m t s tác gi , h s m t mát có th dao đ ng kho ng 1-2% [3, 5] Vi c xét m c đ m t mát tính tốn cho th y bi n d ng c a đ t n n xung quanh c ng ng m đ lún b m t có giá tr l n h n đáng k Khi thi công, m t mát m t ph n đ t đ u khiên trình đào, đ t mái khu v c b s p xu ng, đ t b n d i n vi c đào đ t gây tác d ng nh tr ng h p d t i (hình 3) Hình Chuy n v c a đ t n n xung quanh c ng giai đo n thi công v i t l m t mát th tích m t đào ∆V/V = 2% thu n ti n vi c d đoán đ lún l n nh t t i tr c trung tâm m t đ t Smax, chuy n v Sc t i đ nh c ng theo chi u sâu đ ng kính c ng, ti n hành l p bi u đ quan h gi a Smax/Sc z/D (hình 4) T s li u tính tốn th ng kê, có th thi t l p quan h gi a t s Smax/Sc z/D nh bi u đ Ph ng trình đ i di n quan h có d ng n tính: Smax/Sc=-0,088(z/D)+1,252 (13) http://www.tracuuxaydung.com T s đ lú n , S m a x /S c 1.1 1.0 0.9 H: 0,633 0.8 I: 0,717 0.7 Smax/Sc = -0.0882(z/D) + 1.2519 J: 0,800 0.6 2.0 3.0 4.0 T s chi u sâu - đ 5.0 6.0 7.0 K: 0,883 ng kính, z/D L: 0,967 Hình Bi u đ quan h gi a t s đ lún t s chi u sâu – đ ng kính c ng Trong q trình thi cơng, giá tr Sc đ c ghi nh n thông qua thi t b g n đ u khiên Vi c ki m soát giá tr cao đ trình thi cơng cho phép hi u ch nh k p th i đ ng c a thi t b khoan đào v trí c a c ng ng m sau l p đ t Ngoài ra, s d ng b u th c đ ngh cho phép đánh giá c đ lún c a b m t sau xây d ng cơng trình S m t n đ nh m t đào làm cho vùng đ t xung quanh đ u khiên tr c m t đào b xáo tr n ng su t c t phát sinh l n hai bên hông c ng, đ c bi t v trí kho ng 450 so v i tr c trung tâm, ng su t đ t x p x b ng ng su t c t c c đ i c a n n đ t M c đ ti p c n tr ng thái gi i h n đ t 96,7% vùng đ t xáo đ ng th hi n thông qua đ ng đ ng m c ký hi u L hình Vùng nguy hi m có th b thu h p đáng k sau l p đ t c ng Th c v y, sau l p đ t, s có m t c a c ng, ph n l c c a b m t c ng lên đ t n n làm t ng giá tr ng su t nén, s c ch ng c t c a đ t c ng t ng theo, h qu t ng m c đ n đ nh (b) Hình M c đ ti p c n tr ng thái gi i h n c a đ t n n xung quanh c ng giai đo n thi công (a) s d ng (b) v i t l m t mát th tích m t đào ∆V/V = 2% N u l ng m t mát th tích q trình thi cơng cao h n s d n t i vi c m r ng vùng bi n d ng d o gây m t n đ nh n n đ t khu v c xung quanh c ng V i u ki n đ a ch t l p cát m n l n b t, sét cơng trình xét có th gây lún s t bi n d ng l n Do v y, c n kh ng ch t l m t mát th tích đ t q trình cơng nh m gi m đ lún, b o đ m u ki n n đ nh đ t n n xung quanh c ng NH N XÉT VÀ K T LU N Theo m t s lý thuy t tính tốn áp l c tác d ng lên cơng trình ng m, đ sâu gi i h n tr áp l c tác d ng lên v cơng trình ng m đ c xem nh không đ i [6] Do đó, cơng trình ng m đ c l p đ t t đ sâu tr s không nh h ng đ n giá tr đ lún b m t Vi c mô ph ng b ng ch ng trình Plaxis c n c c s ph ng pháp ph n t h u h n cho th y áp l c tác d ng lên đ t n n xung quanh v cơng trình ng m ph thu c tr ng l ng b n thân kh i đ t bên Tuy nhiên theo tính tốn, n u c ng ng m đ c chơn sâu đ sâu thích h p giá tr đ lún b m t s có m t c a c ng ng m n n c ng không đáng k (a) http://www.tracuuxaydung.com T k t qu t ng h p lý thuy t tính tốn mơ ph ng ng x ng su t – bi n d ng c a đ t n n xung quanh c ng trịn chơn sâu v i đ c tr ng c lý c a đ t n n khu v c n i thành Tp H Chí Minh chúng tơi rút đ c m t s k t lu n nh sau: • Trong u ki n thi công c ng ng m chơn sâu b ng khiên đào b t kín n đ nh, bi n d ng c a đ t n n xung quanh cơng trình b m t không đáng k , không gây nh h ng đ n mơi tr ng xây d ng • S m t mát th tích đ t q trình thi công nh h ng đáng k lên giá tr chuy n v c a đ t n n xung quanh c ng ng m đ lún m t đ t • lún c c đ i m t đ t thay đ i theo chi u sâu chôn c ng: đ sâu chôn c ng l n đ lún b m t bé V i đ sâu chôn c ng l n h n l n đ ng kính c ng bi n d ng b m t s có m t c a c ng có giá tr khơng đáng k • Trong u ki n đ t n n r i r c khu v c Tp HCM, q trình thi cơng kh ng ch l ng m t mát th tích đ t kho ng 2% quan h gi a t s c a đ sâu chơn c ng đ ng kính c ng v i t s đ lún b m t đ lún t i đ nh c ng có th bi u di n theo bi u th c: Smax/Sc = -0,088(z/D)+1,252 • Trong q trình thi cơng, vùng bi n d ng d o xu t hi n xung quanh c ng trịn ph m vi góc 450 ÷ 1350 450 ÷ -1350 so v i tr c trung tâm Sau l p đ t v c ng, ph m vi vùng s co h p l i Lee, C J., and Bing-Ru WU, and SheanYau CHIOU: Soil Movements Around a Tunnel in Soft Soils, Proc Natl Sci Counc ROC (A), Vol 23, No (1999), p 235-247 Soil Investigation Report for Intermediate Wasterwater Pumping Station, Research Center Technology and Industrial Equipment (RECTIE), 06/2005 Vermeer, P A.: On a Smart Use of 3DFEM in Tunnelling, Plaxis Bulletin No 11, September 2001 , : , , (1989) TÀI LI U THAM KH O Lê V n Th ng, inh Xuân B ng, Nguy n Ti n C ng, Phí V n L ch: C s Thi t k Cơng trình Ng m, NXB Khoa h c K thu t, Hà N i (1981) Leca, E., et al., presented by the WG “Research: Settlements induced by Tunneling in Soft Ground, Tunnelling and Underground Space Technology 22 (2007), p 119-149 http://www.tracuuxaydung.com