CHƯƠNG 4 CHỌN CHIỀU SÂU HỢP LÝ KẾT CẤU TƯỜNG KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
4.3 Tính toán áp dụng
4.3.2 Chọn chiều sâu hợp lý kết cấu tường
4.3.2.2 Phương pháp phần tử hữu hạn
Như đã phân tích trong chương 2, phương pháp phần tử hữu hạn là phương pháp có nhiều ưu thế khi giải quyết được khối lượng tính toán lớn có độ chính xác cao với sự trợ giúp của máy tính. Vì vậy tác giả sử dụng phần mềm tính toán Plaxis, là phần mềm tính toán địa kỹ thuật chuyên dụng, có độ chính xác và tin cậy cao, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn và hiện đã được sử dụng tại nhiều nước trên thế giới.
Bài toán được mô phỏng trong Plaxis như sau:
Hình 4.13 : Mô hình bài toán tườngtrong đất trong Plaxis
Luận Văn Thạc Sĩ - 114 -
HVTH : LÝ HOÀNG TRÂN GVHD : PGS.TS. LÊ THỊ BÍCH THỦY v Trường hợp 1 : đáy hố đào cách mặt đất 12 m :
Bằng cách thay đổi chiều sâu phần tường ngàm vào trong đất từ 7-12m ta được kết quả tính toán tổng hợp trong bảng sau (chi tiết xem Phụ lục 3) :
Bảng 4.10 : Bảng tổng hợp kết quả momen và chuyển vị tại đáy hố đào Chiều sâu chôn
tường (m) Chuyển vị tại đáy hố móng (mm)
Momen tại đáy hố móng (KNm/m)
7 23,71 958,61
8 23,61 933,34
9 23,52 908,32
10 23,81 869,95
11 23,92 861,52
12 24,14 856,41
Hình 4.14 :Biểu đồ quan hệ giữa momen và chiều sâu z = 10m
Luận Văn Thạc Sĩ - 115 -
HVTH : LÝ HOÀNG TRÂN GVHD : PGS.TS. LÊ THỊ BÍCH THỦY v Biểu đồ quan hệ giữa Momen và chiều sâu chân tường :
Biểu đồ Momen
-1.000 -950 -900 -850 -800
7 8 9 10 11 12
Chiều sâu chân tường trong đất (m) Momen tại đáy hố móng (kN.m)
Hình 4.15 : Biểu đồ quan hệ chiều sâu ngàm chân tường - mômen tại đáy hố đào v Biểu đồ quan hệ giữa chuyển vị chiều sâu chân tường :
Biểu đồ chuyển vị
-3,0 -2,5 -2,0
7 8 9 10 11 12
Chiều sâu chân tường trong đất (m) Chuyển vị tại đáy hố đào (cm)
Hình 4.16 : Biểu đồ quan hệ chiều sâu ngàm chân tường – chuyển vị tại đáy hố đào
Luận Văn Thạc Sĩ - 116 -
HVTH : LÝ HOÀNG TRÂN GVHD : PGS.TS. LÊ THỊ BÍCH THỦY v Trường hợp 2 : đáy hố đào cách mặt đất 17,5 m :
Tương tự như trên thay đổi chiều sâu phần tường ngàm vào trong đất từ 10- 15m ta được kết quả tính toán tổng hợp trong bảng sau (chi tiết xem Phụ lục 2) :
Bảng 4.11 : Bảng tổng hợp kết quả momen và chuyển vị tại đáy hố đào Chiều sâu chôn
tường (m) Chuyển vị tại đáy hố móng (mm)
Momen tại đáy hố móng (KNm/m)
10 54,707 1788,6
11 53,76 1755,45
12 53,898 1727,28
13 54,012 1691,97
14 53,52 1660,72
15 53,42 1652,42
Hình 4.17 : Biểu đồ quan hệ giữa momen và chiều sâu z = 14m
Luận Văn Thạc Sĩ - 117 -
HVTH : LÝ HOÀNG TRÂN GVHD : PGS.TS. LÊ THỊ BÍCH THỦY v Biểu đồ quan hệ giữa Momen và chiều sâu chân tường :
Biểu đồ Momen
-1.850 -1.800 -1.750 -1.700 -1.650 -1.600
10 11 12 13 14 15
Chiều sâu chân tường trong đất (m) Momen tại đáy hố móng (kN.m)
Hình 4.18 : Biểu đồ quan hệ chiều sâu ngàm chân tường - mômen tại đáy hố đào v Biểu đồ quan hệ giữa chuyển vị và chiều sâu chân tường :
Biểu đồ chuyển vị
-6,5 -6,0 -5,5 -5,0 -4,5
10 11 12 13 14 15
Chiều sâu chân tường trong đất (m) Chuyển vị tại đáy hố đào (cm)
Hình 4.q9 : Biểu đồ quan hệ chiều sâu ngàm chân tường – chuyển vị tại đáy hố đào
Luận Văn Thạc Sĩ - 118 -
HVTH : LÝ HOÀNG TRÂN GVHD : PGS.TS. LÊ THỊ BÍCH THỦY
* Nhận xét :
- Khi chiều sâu ngàm tường càng giảm thì mômen tại đáy hố đào càng tăng.
- Theo phương pháp hệ số nền khi chiều sâu ngàm tường trong đất từ 9m đối với hố đào sâu 12m và từ 13m đối với hố đào sâu 17,5m thì chuyển vị, mômen, và góc xoay tại đáy hố đào tường có giảm nhưng không đáng kể.
- Theo phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng phần mềm Plaxis khi chiều sâu ngàm tường trong đất từ 10m đối với hố đào sâu 12m và từ 14m đối với hố đào sâu 17,5m thì chuyển mômen, tại đáy hố đào tường có giảm nhưng không đáng kể.
Chuyển vị theo chiều sâu thay đổi quanh một giá trị nhất định.
Khi khống chế chuyển vị ngang tại đáy hố móng gần như bằng nhau cho cả hai phương pháp, phương pháp hệ số nền với giả thuyết ban đầu về hệ số nền và không kể đến sự biến dạng của thanh chống trong quá trình đào đất, cho kết quả momen lớn hơn khá nhiều so với phương pháp phần tử hữu hạn với các số liệu ban đầu đầy đủ về địa chất và giả thuyết lực của từng thanh chống.
Vì vậy khi cần tính toán sơ bộ tường có thể dùng phương pháp hệ số nền để thảm khảo, phương pháp này đã được sử dụng trong tính toán một số công trình với chiều sâu và tầng chống không lớn ở Trung Quốc. Với công trình tường ngầm trong đất có bố trí kết cấu và điều kiện chịu lực, địa chất tương đối phức tạp thì phương pháp phần tử hữu hạn tỏ ra có ưu thế và đây cũng là xu hướng chung của thế giới hiện nay khi cần giải quyết các bài toán địa-kết cấu.
* Kết luận :
Qua số liệu địa chất của một số công trình có thể biết tổng quan địa chất của khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh để có biện pháp lựa chọn sơ bộ kết cấu, biện pháp xây dựng ... phù hợp. Khi xét đến chuyển vị và mômen kết cấu tường trong đất phục vụ cho hệ thống Metro đang được triển khai, đáy hầm cách mặt đất 12m và 17,5m nên chọn chiều sâu đặt tường ngàm vào đất tối thiểu lần lượt bằng 10m và 14m là phù hợp. Ngoài ra việc lựa chọn chiều sâu của tường còn phụ thuộc vào tính kinh tế của từng công trình.
Luận Văn Thạc Sĩ - 119 -
HVTH : LÝ HOÀNG TRÂN GVHD : PGS.TS. LÊ THỊ BÍCH THỦY PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
v Kết luận :
Qua quá trình nghiên cứu thấy được những ưu điểm của phương pháp tường trong đất và khả năng ứng dụng của nó trong xây dựng các công trình ngầm hiện nay, đặc biệt là hệ thống Metro sắp được triển khai như sau :
- Thiết bị và công nghệ thi công đơn giản: không đòi hỏi thiết bị thi công đặc biệt, không đòi hỏi công nhân có trình độ cao. Thời gian thi công nhanh, có thể thi công nhiều mũi đồng thời ít ảnh hưởng đến môi trường.
- Áp dụng được ở nơi có mặt bằng chật hẹp, khu vực thi công hạn chế, giảm thiểu được giải phóng mặt bằng và đền bù giải toả …
Việc chọn chiều sâu kết cấu tường rất quan trọng, chiều sâu chôn tường càng lớn thì thì momen thân tuờng, cũng như chuyển vị, góc xoay càng nhỏ, dẫn đến kết cấu công trình ổn định hơn, tuy nhiên giá thành cũng sẽ cao hơn. Khi giải theo phương pháp hệ số nền với giả thuyết ban đầu về hệ số nền và không kể đến sự biến dạng của thanh chống trong quá trình đào đất, cho kết quả chiều sâu tường ngàm vào trong đất nhỏ hơn so với phương pháp phần tử hữu hạn với các số liệu ban đầu đầy đủ về địa chất và giả thuyết lực của từng thanh chống. Vì vậy thiên về an toàn, chiều sâu chôn tường hợp lý được chọn theo phương pháp phần từ hữu hạn là từ 10m trở lên đối với hố đào sâu 12m và từ 14m đối với hố đào sâu 17,5m (tường dày 80cm). Tại các vị trí này chuyển vị và góc xoay của tường tương đối nhỏ và nội lực thân tường vừa phải và ít thay đổi.
v Kiến nghị :
- Hiện tượng cát chảy và ăn mòn bê tông là những nguy cơ có khả năng xảy ra đối với kết cấu tường khu vực Tp.HCM cần phải được chú trọng.
- Do mức độ quan trọng, tính phức tạp cũng như giá thành rất cao khi xây dựng hầm ứng dụng công nghệ tường trong đất do đó cần phải tiến hành xây dựng những công trình mang tính chất thử nghiệm với kinh phí cho phép, tận dụng công nghệ khoa học của các nước trên thế giới để đào tạo đội ngũ kỹ sư tiếp cận công
Luận Văn Thạc Sĩ - 120 -
HVTH : LÝ HOÀNG TRÂN GVHD : PGS.TS. LÊ THỊ BÍCH THỦY nghệ mới trước khi triển khai các công trình mang tính chất quan trọng như dự án tuyến mêtrô thành phố Hồ Chí Minh.
- Luận văn chỉ tập trung nghiên cứu quá trình thi công công nghệ tường trong đất và tính toán nội lực, chuyển vị, biến dạng, trong quá trình thi công mà chưa nghiên cứu việc bố trí cốt thép cho thân tường, độ cứng, khoảng cách cũng như kết cấu giữa các tầng chống…
- Tính toán kết cấu tường trong đất trong công tác xây dựng hầm là việc tương đối phức tạp, đòi hỏi phải có sự kết hợp giữa phương pháp lý thuyết và thực nghiệm để có những đánh giá một cách tương đối ứng xử của tường trong nền đất.
Đây cũng là hướng nghiên cứu tiếp theo để luận văn mang tính khả thi và có thể áp dụng trong điều kiện khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh và trong cả nước.
LUẬN VĂN THẠC SĨ - 121 -