Vị trí neo bị thấm nước và vỉa hè bên ngồi cơng trình bị sụt lún mạnh

Hình 1.17. Hệ thống cống thốt nước bị vỡ

Bên cạnh đó, q trình thi cơng chỉ tiến hành đào khu vực khối D nên việc tiêu hạ mực nước ngầm không thể đảm bảo, lượng nước hút rất lớn và đột ngột dẫn đến việc nứt đường và các cơng trình lân cận. Vào thời điểm ban đêm, hố đào chịu ảnh hưởng rất mạnh của hiện tượng thủy triều, cơng trình chỉ đảm bảo tiêu hạ nước mặt và giữ cho mặt bằng hố đào có thể thi cơng được chứ khơng thể hút hết toàn bộ lượng nước hạ xuống cách đáy hố móng tối thiểu 0,5m như trong biện pháp đã đề ra.

1.4.4. Phân tích nguyên nhân và biện pháp khắc phục thực tế

a. Nguyên nhân

Địa chất của cơng trình tại khu vực thi công chủ yếu là cát mịn, chặt vừa với chiều dày trung bình 16,1m, một vài vị trí có các dịng các chảy. Bên cạnh đó, cơng trình nằm sát biển chịu ảnh hưởng rất lớn của hiện tượng thủy triều, mực nước ngầm cao (độ sâu từ -1,80m đến -2,10m so với cốt tự nhiên).

Nguyên nhân ban đầu được đánh giá là việc tính tốn khả năng chịu lực của hệ neo ứng suất trước trong tường vây không đảm bảo khả năng chịu lực dẫn đến chuyển vị lớn trong quá trình thi cơng đào đất. Hệ neo ứng suất trước trong đất chỉ thi công tại 2 phía khối nhà D nên tồn bộ hệ tường vây cho hố đào không đảm bảo khả năng chịu lực.

Mặt khác, q trình đào đất mở mái taluy hai mặt cịn lại khơng có kết cấu cản nước, nên việc hút nước trong hố đào không đảm bảo, lượng nước đổ vào trong hố lớn dẫn đến kết cấu xung quanh bị thay đổi lớn gây ra chuyển vị trong hố đào và hệ tường vây.

b. Biện pháp khắc phục thực tế

Khi phát hiện vết nứt tường vây, nhà thầu ngay lập tức dừng tồn bộ cơng tác đào đất và tiến hành chống đỡ hệ tường vây vị trí đoạn tường Võ Nguyên Giáp.

21

Hình 1.19. Chống thép hình xử lý tường vây

Hình 1.21. Xử lý đổ bê tơng bịt kín vị trí mương tiếp giáp với tường vây

Ép cừ larsen IV dài 16m hai mặt cịn lại quanh vị trí đào đất khối D để ngăn nước bên ngoài chảy vào.

23

Hình 1.23. Mặt cắt biện pháp ép cừ larsen IV

1.4.5. Phân tích, đánh giá biện pháp thi cơng tầng hầm thực tế áp dụng

Q trình thi cơng thực tế triển khai cục bộ tầng hầm tại khu vực khối tháp D, hệ neo ứng suất trước trong đất cũng chỉ thi công tại khu vực này. Xét về bản chất gây ra sự cố cho cơng trình đó là khả năng chịu lực của hệ neo ứng suất trước trong tường vây không đảm bảo, dẫn đến tường vây bị chuyển vị lớn (ví trí lớn nhất chuyển vị 800mm). Do đó, nếu tiến hành thi cơng đồng thời tồn bộ tầng hầm cơng trình và giữ ngun thiết kế hệ neo ứng suất trước trong đất như ban đầu thì khả năng xảy ra sự cố cho cơng trình là rất cao và mức độ nguy hiểm sẽ lớn hơn. Do sự ảnh hưởng về mặt kinh phí hạn chế ban đầu cho dự án nên cơng trình bắt buộc phải thi cơng cục bộ tịa tháp D.

Mặt khác, thi công cục bộ khu vực khối tháp D gây khó khăn cho q trình thi cơng tầng hầm. Việc xử lý các vị trí liên kết, mạch ngừng thi cơng, tiêu hạ nước ngầm rất khó khăn và khó đảm bảo được chất lượng và kỹ thuật, gây mất an toàn và nguy hiểm cho những cơng trình lân cận.

Những biện pháp xử lý các vấn đề hư hại tốn rất nhiều chi phí cho Chủ đầu tư, làm chậm tiến độ thi công của dự án.

1.4.6. Đề xuất các biện pháp thi cơng tầng hầm cho cơng trình

Qua nghiên cứu những thơng tin về cơng trình Soleil Ánh Dương, nhận thấy q trình thi cơng tầng hầm cục bộ khối D theo biện pháp sử dụng hệ neo ứng suất trước trong đất kết hợp đào mở mái taluy khơng đảm bảo an tồn cho hố đào của cơng trình. Thực tế đã xảy ra sự cố đáng tiếc gây tốn kém về mặt chi phí, kéo dài thời gian thi cơng như đã trình bày. Do vấn đề về kinh phí, dự án khơng thể triển khai đồng thời việc thi cơng tồn bộ cơng trình. Trong trường hợp lựa chọn phương án triển khai thi cơng tồn bộ tầng hầm của dự án, để có thể đánh giá một cách tồn diện ưu, nhược điểm và hiệu quả của phương án, tác giả đề xuất 2 phương án thi cơng cho tồn bộ dự án như sau:

- Biện pháp thi công truyền thống, thi công từ dưới lến (Bottom-Up) sử dụng hệ Shoring-Kingpost tại một số nhịp biên của tầng hầm để chống đỡ tường vây.

công tầng hầm.

Cơ sở đánh giá được những ưu điểm, nhược điểm của 2 phương pháp này trên các phương diện kỹ thuật, tiến độ, chi phí cũng như việc kiểm sốt rủi ro trong q trình thi cơng, sẽ được trình bày cụ thể trong nội dung chương III.

1.5. Kết luận chương 1

Cơng trình Soleil Ánh Dương là một cơng trình quy mơ lớn, phạm vi xây dựng tầng hầm rộng, chiều sâu hố đào lớn. Kết cấu và kiểu dáng cơng trình rất phức tạp để thi cơng. Địa chất cơng trình chủ yếu là lớp cát mịn, mực nước ngầm khá cao, vị trí nằm sát biển nên chịu ảnh hưởng rất mạnh từ hiện tượng thủy triều. Do đó, q trình tính tốn

biện pháp thi công tầng hầm cần được xem xét và nghiên cứu một cách kỹ lưỡng. Biện pháp thi cơng thực tế đã triển khai cho cơng trình khơng đảm bảo các điều

kiện an toàn, xảy ra nhiều sự cố và hư hại cho cơng trình. Chủ đầu tư, Tư vấn giám sát, Nhà thầu và các bên liên quan đã đưa ra nhiều biện pháp xử lý để khắc phục các thiệt hại, chi phí bỏ ra đã vượt nhiều so với dự toán được duyệt lúc bắt đầu triển khai dự án.

Tác giả đề xuất 2 phương pháp thi cơng tầng hầm đó là phương pháp Bottom-Up và phương pháp Hỗn hợp, với mong muốn, nghiên cứu và đề xuất được những biện pháp an tồn, chi phí hợp lý, tiến độ thực hiện nhanh nhất có thể cho những dự án có quy mơ tầng hầm lớn như cơng trình Soleil Ánh Dương đó là mục tiêu chính của đề tài.

Q trình tính tốn, phân tích mơ hình, các giai đoạn thi cơng được thực hiện trên phần mềm Plaxis 3D, kết hợp các số liệu quan trắc thực tế các cơng trình đã từng thực hiện. Từ đó, xử lý số liệu thơng số đầu vào để có kết quả tính tốn chính xác nhất.

25

CHƯƠNG 2:

CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN TẦNG HẦM BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS 3D

Để giải quyết được bài toán thi công tầng hầm, cần phải nắm kỹ những lý thuyết về cơ học đất và áp dụng hợp lý vào bài tốn thi cơng. Sử dụng lý thuyết về kết cấu thép để thiết kế kết cấu chống tạm. Cơ sở lý thuyết trong phần mềm Plaxis 3D được sử dụng nền tảng lý thuyết biến dạng của đất nền trên cơ sở lý thuyết cơ học môi trường liên tục được trình bày dưới dạng phương pháp phần tử hữu hạn.

2.1. Cơ sở khoa học tính tốn kết cấu tầng hầm 2.1.1. Lý thuyết xác định áp lực đất lên tường chắn 2.1.1. Lý thuyết xác định áp lực đất lên tường chắn

Lý thuyết áp lực đất lên tường chắn là một trong những vấn đề quan trọng và phức tạp, phụ thuộc rất lớn vào tính chất cơ lý của đất, góc mái dốc, góc nghiêng của lưng tường chắn, lực ma sát giữa đất và tường, mực nước ngầm, phụ tải,... Để giải quyết vấn đề này, đến nay đã có khá nhiều lý thuyết tính tốn theo những quan điểm khác nhau. Tuy nhiên, có thể thấy rằng tất cả các lý thuyết ấy thuộc vào hai loại cơ bản: Loại không xét đến độ cứng của tường và loại xét đến độ cứng của tường.

Loại không xét đến độ cứng của tường: Giả thiết tường tuyệt đối cứng và chỉ xét đến các trị số áp lực đất ở trạng thái giới hạn là áp lực chủ động và áp lực bị động, thuộc nhóm này có thể chia thành hai nhóm nhỏ:

Nhóm theo lý thuyết cân bằng giới hạn của khối rắn:

Các lý thuyết theo nhóm này đều giả thiết khối đất trượt sau tường chắn, giới hạn bởi mặt trượt có hình dạng định trước như một khối rắn ở trạng thái cân bằng giới hạn. Đây chính là lý thuyết được áp dụng cho việc tính tốn trong phần mềm Plaxis 3D.

Nhóm lý thuyết cân bằng giới hạn phân tố (điểm):

Nhóm lý thuyết này chủ trương tính tốn các trị số áp lực đất chủ động và bị động với giả thiết các điểm của môi trường đất đắp ở trạng thái cân bằng giới hạn cùng một lúc. Lý thuyết này được giáo sư L.M.Rankine đề ra năm 1857 sau đó được nhiều tác giả phát triển thêm.

Hiện nay lý thuyết áp lực đất C.A.Coulomb chỉ được coi là lý luận gần đúng do những hạn chế của các giả thiết cơ bản. Song lý luận này vẫn được dùng phổ biến để tính áp lực đất lên tường chắn, vì tính tốn tương đối đơn giản, có khả năng giải được nhiều bài tốn thực tế.

2.1.2. Tính áp lực đất theo lý thuyết của C.A.Coulomb

Lý thuyết áp lực đất lên tường chắn của C.A.Coulomb [1] được xây dựng dựa trên các giả thiết sau:

- Tường tuyệt đối cứng không biến dạng, mặt trượt là mặt phẳng.

- Lăng thể trượt là một khối rắn tuyệt đối được giới hạn bởi hai mặt trượt, mặt phát sinh trong khối đất và mặt lưng tường. Giả thiết này cho phép có thể thay các lực thể tích và các lực bề mặt tác dụng lên lăng thể trượt bằng các lực tương đương. Với các giả thiết này cho phép ta thừa nhận các góc lệch của các phản lực tại các mặt trượt bằng góc ma sát trong , góc ma sát ngồi , đồng thời đa giác lực khép kín.

Tính tốn áp lực đất gây lên tường chắn có thể tính theo các trường hợp sau: - Tính tốn áp lực chủ động theo thuyết C.A.Coulomb.

- Tính tốn áp lực bị động theo thuyết C.A.Coulomb.

2.1.3. Áp lực tác dụng lên tường bê tông cốt thép trong một số trường hợp riêng riêng

- Áp lực đất lên tường chắn trong trường hợp đất nền gồm nhiều lớp.

- Áp lực đất lên tường chắn trong trường hợp bề mặt đất sau tường có tải trọng phân bố.

2.2. Cơ sở khoa học tính tốn kết cấu thép 2.2.1. Cấu kiện chịu uốn và chịu cắt

Theo TCVN 5575-2012: Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế [3].

a. Kiểm tra độ bền - Độ bền chịu uốn W M R  =  (2-1) - Độ bền chịu cắt max b I c c Q S R    =  (2-2)

- Độ bền chịu uốn và cắt đồng thời

td = 12+312 1.15R (2-3) Trong đó:

1 =Mhb / (Whd) (2-4) 1 =QSc / (Ixb) (2-5)

27

l b0 c  0.41 0.0032+ bc c+(0.73 0.016− b b hc) c c E R (2-6) - Điều kiện ứng suất:

 =Mmax (dWcn)0.95R (2-7) - Xác định giá trị 1: 2 1 0 y x I h E I l R  =      (2-8) - Xác định giá trị : 2 3 0 3 8 c 1 b c c c c l a h b b         =    +      (2-9)

c. Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng tiết diện

- Điều kiện ổn định cục bộ của bản cánh nén:

b0 c 0.5 E R (2-10) - Điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng dưới tác dụng của ứng suất tiếp:

b =(h0 b) R E   b =3.2 (2-11) - Điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng dưới tác dụng của ứng suất pháp:

h0 b 5.5 E R (2-12) - Điều kiện ổn định cục bộ của bản bụng dưới tác dụng của ứng suất pháp và ứng suất tiếp: ( )2 ( )2 1 o o    +   (2-13) Trong đó: - Xác định ứng suất pháp: * o d h M W h  = (2-14) - Xác định ứng suất tiếp: b b Q h   = (2-15)

2.2.2. Cấu kiện chịu nén

th N R A  (2-16) b. Kiểm tra ổn định tổng thể N (minAng)R (2-17) c. Kiểm tra ổn định cục bộ

Cấu kiện đặc chịu nén uốn phải có cấu tạo sao cho không bị mất ổn định cục bộ trước khi mất khả năng chịu lực về ổn định tổng thể hay về bền.

- Điều kiện ổn định cục bộ bản bụng:   0 b 0 h   h  (2-18) - Điều kiện ổn định cục bộ bản cánh: b0 c b0  (2-19)

2.3. Ổn định chống đẩy trồi khối đất ở đáy hố móng

Phương pháp tính chống trồi đáy khi đồng thời kể đến cả c và :

2.5 ( ) T q c L N DN cN K H D q   + =  + + (2-20) Công thức trên là công thức kiến nghị của nhà nghiên cứu Uông Bỉnh Giám – Đại học Đồng Tế - Trung Quốc [2] có tham khảo từ công thức xét khả năng chịu lực của đất nền của Prandtl và Terzaghi.

Trong đó: . i i N i h h   =  (2-21) i. i T i h h   =   (2-22) 2 tan tan (45 ) 2 q N = + e  (2-23) ( 1) 1 tan c c N N  = − (2-24)

2.4. Giới thiệu phần mềm Plaxis 3D phiên bản 2013

29

phần tử hữu hạn (PTHH). Phương pháp phân tử hữu hạn là một cơng cụ hữu ích để giải quyết bài tốn về sự tương tác của cấu tạo đất như thiết kế hố đào và nền móng. Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn thích hợp hơn các phương pháp khác bởi vì:

- Phương pháp PTHH có khả năng phân tích bài tốn 2 chiều và 3 chiều. - Phương pháp PTHH có thể kết hợp dễ dàng ứng xử phi tuyến của đất.

- Phương pháp phần tử hữu hạn có nhiều ứng dụng, với nhiều gói phần mềm với công cụ phương pháp phần tử hữu hạn như: Plaxis, Etabs, Sap2000, Safe...

2.4.1. Phân tích phần tử hữu hạn trong Plaxis

Sự phát triển của phần mềm phần tử hữu hạn có tính thương mại trong phân tích địa kỹ thuật được bắt đầu vào cuối những năm 80, và ngày nay đã phổ biến rộng rãi. Có nhiều cách khác nhau để ứng dụng phần tử hữu hạn vào các ngành kỹ thuật khác nhau, và vấn đề phân tích bài tốn địa kỹ thuật cũng có những đặc trưng riêng và thường rất phức tạp.

Trong chương này sẽ giới thiệu về phần mềm Plaxis 3D phiên bản 2013. Nó cũng bao gồm giới thiệu cách thức tạo mơ hình, sau đó sẽ đi tìm các đặc trưng trong cách khai báo một số vật liệu và kết cấu chính đưa vào mơ hình tính tốn.

2.4.2. Plaxis 3D phiên bản 2013

Plaxis được nghiên cứu tại Đại học Delft vào năm 1987, là phần mềm sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích khu vực ven sơng ở Hà Lan. Mãi đến năm 2001 mới có mơ hình 2D và khi đó PLAXIS 3D Tunnel đã được phát hành. Ba năm sau, PLAXIS 3D Foundation được tạo ra, nó được phát triển nhằm phục vụ tính tốn nền móng cơng trình và dùng trong ngành địa kỹ thuật như tính tốn ổn định, độ lún và biến dạng. Ngày nay, qua một thời gian dài nghiên cứu và phát triển Plaxis 3D đã trải qua nhiều phiên bản với nhiều điểm tối ưu. Trong giới hạn luận văn này, tác giả sử dụng phiên bản Plaxis 3D phiên bản 2013 để tính tốn các giải pháp thi cơng tầng hầm cho cơng trình Soleil Ánh Dương Đà Nẵng.

Khi nói rằng chuyển từ phân tích 2D sang 3D rất khả thi nhưng đồng thời sự phức tạp cũng tăng lên rất nhiều. Điều này cũng chính là tăng khối lượng tính tốn. Nếu một