Luận văn Phân tích ảnh hưởng của mô hình nền đến dự báo chuyển vị và biến dạng hố đào sâu ổn định bằng tường chắn (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Phân tích ảnh hưởng của mô hình nền đến dự báo chuyển vị và biến dạng hố đào sâu ổn định bằng tường chắn (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA MÔ HÌNH NỀN ÐẾN DỰ BÁO CHUYỂN VỊ VÀ BIẾN DẠNG HỐ ÐÀO SÂU ỔN ÐỊNH BẰNG TƯỜNGS K C 0 0 3 9 5 9 CHẮN. MÃ SỐ: T2014-34 S KC 0 0 5 5 8 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 03 - 2015
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA MÔ HÌNH NỀN ĐẾN DỰ BÁO CHUYỂN VỊ VÀ BIẾN DẠNG HỐ ĐÀO SÂU ỔN ĐỊNH BẰNG TƯỜNG CHẮN. Mã số: T2014-34 Chủ nhiệm đề tài:ThS. LÊ PHƯƠNG TP. HCM, 03/2015
3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA XÂY DỰNG & CƠ HỌC ỨNG DỤNG BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA MÔ HÌNH NỀN ĐẾN DỰ BÁO CHUYỂN VỊ VÀ BIẾN DẠNG HỐ ĐÀO SÂU ỔN ĐỊNH BẰNG TƯỜNG CHẮN. Mã số: T2014-34 Chủ nhiệm đề tài: ThS. LÊ PHƯƠNG TP. HCM, 03/2015
4. MỤC LỤC MỞ ĐẦU. 1 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngoài nước. 1 2. Tính cấp thiết. 2 3. Mục tiêu nghiên cứu. 2 4. Phương pháp nghiên cứu. 2 5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài. 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TƯỜNG VÂY TRONG THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU 4 1.1. Đặc điểm hố đào sâu. 4 1.2. Khảo sát một số công trình hố đào sâu trên thế giới và ở nước ta 5 1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến ổn định chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu 7 1.4. Phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu bằng phương pháp phần tử hữu hạn 11 1.5. Giới hạn vùng mô hình 13 1.6. Thông số của mô hình nền 14 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 17 2.1. Cơ sở lý thuyết trong Plaxis 17 2.1.1. Mô hình vật liệu 17 2.1.2. Phân tích không thoát nước 17 2.1.3. Phân tích thoát nước 20 2.1.4. Phân tích kép (Couple Analysis) 20 2.2. Các thông số cơ bản trong mô hình Plaxis 21 2.2.1. Loại vật liệu đất nền “Drained, Undrained, Non-porous” 21 2.2.2. Dung trọng không bão hoà và dung trọng bão hoà 22 2.2.3. Hệ số thấm 23 2.2.4. Thông số độ cứng của đất nền 23 2.2.5. Thông số sức kháng cắt của đất nền 25 2.3. Mô hình Morh-Coulomb 26 2.3.1. Tổng quan về mô hình 26
5. 2.3.2. Ứng xử đàn hồi dẻo thuần túy 27 2.3.3. Các công thức sử dụng trong Mohr Coulomb 28 2.3.4. Xác định thông số cho mô hình 30 2.4. Mô hình Hardering Soil. 33 2.4.1. Các thông số địa chất sử dụng 37 2.5. Sử dụng các thông số tương quan từ thí nghiệm hiện trường. 38 CHƯƠNG 3. TỔNG QUAN VỀ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG PHÂN TÍCH. 39 3.1. Công trình Vietcombank Tower 39 3.1.1. Giới thiệu công trình: 39 3.1.2. Điều kiện địa chất: 41 3.1.3. Độ cứng của tường vây và sàn tầng hầm: 42 3.1.3.1. Độ cứng của tường vây tầng hầm: 42 3.1.3.2. Độ cứng của sàn tầng hầm: 42 3.1.4. trình tự mô hình: 43 3.2. Công trình Fosco. 43 3.2.1. Giới thiệu công trình 43 3.2.2. Điều kiện địa chất: 44 3.2.3. trình tự mô hình: 47 CHƯƠNG 4. PHÂN TÍCH VÀ TỔNG HỢP KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 48 4.1. Công trình Vietcombank Tower. 48 4.1.1. Phân tích ảnh hưởng của độ cứng gia tải và dỡ tải của đất nền trong mô hình Hardering Soil. 48 4.1.2. Mô hình Morh Coulomb 51 4.2. Công trình Fosco. 54 4.2.1. Phân tích các mô hình. 54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57 I. Kết luận. 57 II. Kiến nghị. 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58
6. Danh mục hình ảnh và biểu đồ Hình 1. Thi công tường vây công trình Cao ốc Pacific. 5 Hình 2. Hệ chống tường vây tầng hầm cao ốc Pacific 6 Hình 3. Mối tương quan giữa chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây với chiều sâu của hố đào (Ou và các đồng sự, 1993) 9 Hình 4. Tương quan giữa chiều sâu ngàm tường và chuyển vị ngang của tường (Chang Yu Ou 2006) 10 Hình 5. Dạng chuyển vị của tường trong trường hợp độ cứng thanh chống đủ lớn. 11 Hình 6. Dạng chuyển vị của tường trong trường hợp độ cứng thanh chống không đủ lớn. 11 Hình 7. Giới hạn vùng mô hình khi phân tích hố đào sâu bằng Plaxis, K.J. Bakker 14 Hình 8. Quan hệ ứng suất biến dạng trong mô hình đàn dẻo 27 Hình 9. Mặt giới hạn Mohr Coulomb trong không gian ứng suất chính 29 Hình 10. Xác định Eref từ thí nghiệm 3 trục cố kết thoát nước 31 Hình 11. Xác định E từ thí nghiệm nén cố kết 32 oed Hình 12. Quan hệ ứng suất biến dạng Hyperbol. 34 Hình 13. Mặt chảy biến dạng trượt tiến về mặt Mohr-Coulomb. 35 Hình 14. Mặt mũ chi phối biến dạng thể tích khi nén đẳng hướng 36 Hình 15. Mặt giới hạn tổng quát của mô hình Hardening-soil. 37 Hình 16. Mặt cắt tầng hầm công trình Vietcombank Tower 39 Hình 17. Mặt cắt địa chất công trình Vietcombank Tower 40 Hình 18. Mặt cắt tầng hầm công trình Fosco Center. 44 Hình 19. Hình trụ hố khoan 45 Biểu đồ 1. So sánh CVN tường vây giữa mô phỏng và quan trắc khi đào -3m. 48 Biểu đồ 2. So sánh CVN tường vây giữa mô phỏng và quan trắc khi đào -16.7m. 49 Biểu đồ 3. Tổng hợp kết quả phân tích. 50 Biểu đồ 4. So sánh CVN tường vây giữa mô phỏng và quan trắc khi đào -3m. 51 Biểu đồ 5. So sánh CVN tường vây giữa mô phỏng và quan trắc khi đào -16.7m. 52 Biểu đồ 6. So sánh CVN tường vây giữa hai mo hình thoát nước và không thoát nước và quan trắc khi đào -16.7m. 53 Biểu đồ 7. So sánh CVN tường vây giữa mô phỏng và quan trắc khi đào -3m. 55 Biểu đồ 8. So sánh CVN tường vây giữa mô phỏng và quan trắc khi đào -13.2m. 55
7. Danh mục bảng. Bảng 3.1. Các thông số đất nền cho mô hình Mohr Coulomb 41 Bảng 3.2. : Các thông số đất nền cho mô hình Hardening Soil 42 Bảng 3.3. Trình tự mô hình 43 Bảng 3.4. Thông số mô hình Harering Soil 46 Bảng 3.5. Trình tự mô hình. 47 Bảng 3.6. So sánh các kết quả phân tích của mô hình Hardering Soil 49 Bảng 3.7. So sánh chuyển vị ngang của ứng xử Drained và Undrained 53
8. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc K. XÂY DỰNG &CƠ HỌC ƯD Tp. HCM, ngày 03 tháng 10 năm 2015 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Phân tích ảnh hưởng của mô hình nền đến dự báo chuyển vị và biến dạng hố đào sâu ổn định bằng tường chắn - Mã số: T2014-34 - Chủ nhiệm: KS. LÊ PHƯƠNG - Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện: 01/2014 – 03/2015 2. Mục tiêu: Lựa chọn được mô hình đất nền phù hợp trong phân tích chuyển vị hố đào sâu. Xác định được các hệ số hiệu chỉnh module đàn hồi của đất từ so sánh kết quả phân tích với quan trắc thực tế. Tính mới và sáng tạo: - Đề tài đã so sánh được các kết quả phân tích với các số liệu quan trắc hiện trường doc theo thân tường vây. Và đề xuất được phương pháp xác định các thông số địa chất truyền thống với kết quả phản ảnh được gần đúng so với quan trắc hiện trường Kết quả nghiên cứu: - Đề xuất được quy trình mô phỏng cho cả 2 phương pháp thi công hố đào là Top Down và Bottom Up. So sánh kiểm chứng với các số liệu thực tế. Sản phẩm: - Phương pháp thiết kế tường vây công trình hố đào sâu bằng phần mềm phần tử hữu hạn Plaxis. - Kiến nghị sử dụng các mô hình nền phù hợp với các điều kiện địa chất công trình khu vực xây dựng hố đào ở Tp. Hồ Chí Minh. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng: - Phương pháp mô phỏng và sử dụng số liệu địa chất mà tác giả đề xuất giúp quá trình phân tích ứng xử tường vây chính xác hơn. Nghiên cứu tiến hành cho 2 công trình ở Quận 1 – Tp. Hồ Chí Minh và các kết quả gần sát với thực tế nên có khả năng ứng dụng cao trong thiết kế hố đào sâu ở khu vực này. Trưởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên, đóng dấu) (ký, họ và tên)
9. 1 MỞ ĐẦU. 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngoài nước. Việc đào sâu trong lớp đất sét mềm thường gây ra độ lệch của tường và lún bề mặt đất lớn. Độ lún bề mặt của đất thường gây hư hại đến thuộc tính của vùng kế cận công trình. Đặc trưng của tường bị biến dạng và chuyển vị của đất trong vùng kế cận công trình phải được bảo vệ tuyệt đối. Đã có rất nhiều nghiên cứu về vấn đề đặc trưng biến dạng trong lịch sử như Karlsrud (1981), Mana and Clough (1981), và Ou et al (1993). Hơn nữa, Finno et al (1989) đã phát triển rộng rãi chương trình kiểm tra đào đường hầm ở Chicago với dự án HDR-4. Sự quan trắc những chi tiết bao gồm bề mặt đất, và chuyển vị ba chiều dưới đất, áp lực nước lỗ rỗng, biến dạng của cọc ván và tải trọng thanh chống. Độ bền và trạng thái ứng suất biến dạng của đất ở công trường đã được đề cập đến (Finno and Nerby 1989). Trong trường hợp này, áp lực nước lỗ rỗng được theo dõi trong suốt quá trình đóng cọc ván, và quan trắc thực tế về chuyển vị lớn của đất. Hầu hết trong các tài liệu nghiên cứu báo cáo sử dụng công nghệ đào sâu với phương pháp Bottom-up. Phương pháp này sử dụng thanh chống sắt tạm thời để chống đỡ tường hố đào. Sự lắp đặt của thanh chống cân đối với thời gian ngắn (thông thường từ một đến hai tuần), phụ thuộc vào kích thước hố đào. Sự ứng xử của tường chống và đất nền về chuyển vị có thể thay đổi chút ít trong suốt quá trình lắp đặt thanh chống bởi vì đặc trưng áp lực nước lỗ rỗng trong đất sét không tiêu tán nhanh chóng. Mặc khác, phương pháp Top-Down sử dụng bê tông bản sàn để chống đỡ tường chắn và đôi khi được sử dụng trong thời gian dài giữa hai giai đoạn liên tiếp từ việc đào đến thi công đổ bê tông bản sàn. Một trong những mục tiêu chính của thiết kế biện pháp thi công Top- Down là xác định được chuyển vị hố đào và dự đoán được mức độ ảnh hưởng của nó đến công trình lân cận. Tính toán vấn đề này rất phức tạp và những nghiên cứu hiện tại chủ yếu sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích. Vì những lý do đó, một hệ thống quan trắc chuyển vị tường vây hố đào đã được lắp đặt trong dự án đào tầng hầm công trình Vietcombank Tower (VCB) và Fosco Center, để có được các số liệu chuyển vị thực tế của tường vây theo quá trình thi công. Đây là cơ sở để so sánh với các phân tích mô phỏng bằng phần mềm PTHH Plaxis 2D Foundation.
10. 2 2. Tính cấp thiết. Ngày nay, nhu cầu về việc sử dụng không gian ngầm như tầng hầm kỹ thuật hoặc các dịch vụ dưới các nhà cao tầng, bãi đậu xe ngầm, hệ thống giao thông ngầm, hệ thống xử lý nước thải , ngày càng gia tăng. Việc thi công hố đào sâu có thể gây ra chuyển vị ngang của tường chắn và độ lún của đất nền lớn quá mức cho phép, gây nguy hiểm cho công trình xung quanh. Hơn nữa, trong bối cảnh kinh tế phát triển như hiện nay thì vấn đề xây chen trong điều kiện mặt bằng chật hẹp là điều không thể tránh khỏi. Tất cả những yếu tố này đòi hỏi người thiết kế phải phân tích kỹ các phương án lựa chọn nhằm đảm bảo những yêu cầu như là tính kinh tế, công năng kiến trúc, sự ổn định cho công trình lân cận. Cụ thể của việc thi công hố đào sâu là cần phải có những biện pháp hạn chế chuyển vị ngang của tường chắn và độ lún của đất nền. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra hạn chế của mô hình Morh Coulomb trong phân tích hố đào sâu: Các quan hệ phi tuyến của đất trước khi phá hoại không được mô hình. Không thể tạo ra áp lực lỗ rỗng đáng tin cậy trong quá trình gia tải không thoát nước. Dự báo chuyển vị bên của tường và độ lún mặt là không đáng tin cậy. Không kể đến module đàn hồi dở tải Eur trong phân tích. Để khắc phục những thiếu sót trên, cần sử dụng một mô hình đàn hồi dẻo phi tuyến tính Hardering Soil. Đây là mô hình đất nền được sự dụng trong nghiên cứu này. Tuy nhiên việc kiểm chứng tính đúng đắn và phù hợp của mô hình trên với kết quả thực tế vẫn chưa được hoàn thiện. Do đó cần thực hiện các nghiên cứu phân tích và đối chiếu các kết quả nghiên cứu với thực tế quan trắc chuyển vị hố đào để chọn lựa được mô hình nền, cũng như phương pháp phân tích phù hợp. 3. Mục tiêu nghiên cứu. Lựa chọn được mô hình đất nền phù hợp trong phân tích chuyển vị hố đào sâu. Xác định được các hệ số hiệu chỉnh module đàn hồi của đất từ so sánh kết quả phân tích với quan trắc thực tế. 4. Phương pháp nghiên cứu.
11. 3 Phân tích chuyển vị hố đào bằng phương pháp phần tử hữu hạn với mô hình đất nền là Morh Coulomb và Hardering Soil Dựa trên các tiếp cận và mục tiêu nghiên cứu của đề tài, tác giả đề xuất phương pháp nghiên cứu như sau: Mô phỏng phân tích ghi nhân kết quả - so sánh kết quả mô phỏng với quan trắc thực tế. 5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài. 5.1. Đối tượng nghiên cứu Chuyển vị hố đào sâu sử dụng phương pháp thi công Top-Down và Bottom up. Mô hình phân tố đất Morh – Coulomb, Hardering Soil. 5.2. Phạm vi nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu phân tích chuyển vị hố đào sâu các công trình ở quận 1 thành phố Hồ Chí Minh.
12. 4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TƯỜNG VÂY TRONG THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU 1.1. Đặc điểm hố đào sâu. Công tác đào sâu là loại công tác có giá thành cao, khối lượng công việc lớn, kỹ thuật phức tạp, vì ảnh hưởng lớn đến công trình xung quanh, sự cố hay xảy ra, là một khâu khó về mặt kỹ thuật, đồng thời cũng là trọng điểm để hạ thấp giá thành và bảo đảm chất lượng công trình. Bài toán ổn định hố đào sâu đòi hỏi người kỹ sư thiết kế phải có kinh nghiệm trong việc phân tích và lựa chọn giải pháp tường chắn đủ cứng để chống lại sự phá hoại kết cấu, sự trượt, chuyển vị và sự phá hoại ổn định. Kết cấu hố đào sâu thường được thi công trong vùng dân cư. Theo đà phát triển cải tạo các thành phố cũ, các công trình cao tầng, thường tập trung ở những khu đất nhỏ hẹp, mật độ xây dựng lớn, điều kiện thi công công trình ngầm đều rất khó khăn. Lân cận công trình thường có các công trình xây dựng vĩnh cửu, các công trình lịch sử, nghệ thuật bắt buộc phải được an toàn, yêu cầu đối với việc ổn định và khống chế chuyển dịch rất là nghiêm ngặt. Chuyển vị đất nền phải thấp hơn giới hạn cho phép để tránh ảnh hưởng tới những kết cấu lân cận. Chuyển vị của tường là yếu tố khó tiên đoán trước. Nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thuộc tính địa chất, độ cứng của tường và hệ thanh chống, trình tự thi công. Đào hố móng cho các công trình tầng hầm trong điều kiện đất yếu, mực nước ngầm cao và các điều kiện hiện trường phức tạp khác rất dễ sinh ra mất ổn định hố đào, thân cọc bị chuyển dịch vị trí, phình trồi đáy hố đào, kết cấu chắn giữ bị hư hại nghiêm trọng làm hư hại hố móng, ảnh hưởng nghiêm trọng đến các công trình xây dựng, các công trình ngầm và đường ống xung quanh. Công trình hố đào sâu bao gồm nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau như chắn đất, chống giữ, ngăn nước, hạ mực nước ngầm, đào đất trong đó, một khâu nào đó gặp sự cố có thể sẽ dẫn đến cả công trình bị đỗ vỡ. Công trình hố móng có giá thành khá cao, nhưng lại chỉ là có tính tạm thời nên có khuynh hướng không muốn đầu tư chi phí nhiều. Nhưng nếu để xảy ra sự cố thì
13. 5 xử lý sẽ vô cùng khó khăn, gây ra tổn thất lớn về kinh tế và ảnh hưởng nghiêm trọng về mặt xã hội. 1.2. Khảo sát một số công trình hố đào sâu trên thế giới và ở nước ta Việc sử dụng hố đào sâu đã được sử dụng ngày càng nhiều và với quy mô ngày càng lớn. Tuy nhiên vẫn có một số sự cố đáng tiếc xảy ra, gây không ít thiệt hại về người và của như: bị sạt lở hố đào, gây sụt lún, nứt nẻ, thậm chí sụp đổ các công trình lân cận, các sự cố này chủ yếu do việc thiết kế thi công các công trình hố đào có tường chắn ít được quan tâm đúng mức. Cao ốc Pacific (số 43-45-47 Nguyễn Thị Minh Khai, Q.1) có quy mô 20 tầng và 3 tầng hầm. Tháng 10-2007, trong khi thi công đào hầm công trình cao ốc này đã làm sập tòa nhà trụ sở Viện Khoa học xã hội vùng Nam bộ và ảnh hưởng đến trụ sở của Sở Ngoại vụ gần đó. Nguyên nhân chủ yếu của sự cố này là chất lượng thi công tường tầng hầm không tốt. Lỗ thủng lớn ở tường tầng hầm có thể là do đổ bê tông không đúng quy trình và dùng Bentonite không đúng yêu cầu gây sạt lỡ đất ở hố đào. Đất cát sạt lỡ lẫn với Bentonite chèn vào bêtông làm cho bêtông bị rời xốp tạo nên lỗ thủng. Hình 1. Thi công tường vây công trình Cao ốc Pacific.
14. 6 Hình 2. Hệ chống tường vây tầng hầm cao ốc Pacific Nhận xét: ổn định của hệ tường vây phụ thuộc rất lớn vào 2 yếu tố là chất lượng thi công tường và bố trí hệ thanh chống tạm trong quá trình đào nhằm đảo bảo chuyển vị tường nằm trong giới hạn cho phép.
15. 7 1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến ổn định chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu Các nhân tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu được chia ra làm ba nhóm chính (Kung 2009) [1]: - Nhóm các nhân tố cố hữu: Nhân tố địa chất: tính chất cơ lý của đất nền quyết định khả năng chịu lực và biến dạng của đất nền, lịch sử chịu lực của đất nền, mực nước ngầm Nhân tố các công trình xung quanh, công trình hố đào sâu như các nhà cao tầng xung quanh, các công trình giao thông và mật độ giao thông xung quanh công trình - Nhóm các nhân tố liên quan đến vấn đề thiết kế: Độ cứng của hệ thống chống đỡ bao gồm độ cứng của tường vây, độ cứng của hệ thống thanh chống, chiều dài của tường vây Hình dạng của hố đào: chiều rộng, chiều sâu, dạng hình học của hố đào. Sự tạo ứng suất trước trong hệ thống thanh chống. Sự cải thiện đất nền công trình như các biện pháp phụt vữa, trộn vữa xi măng nhằm nâng cao khả năng chịu lực và giảm sự biến dạng của đất nền. - Nhóm các nhân tố liên quan đến vấn đề thi công: Các phương pháp thi công khác nhau như: Top-down, Semi Top-down, Bottom-Up. Việc đào quá sâu để thi công hệ thống thanh chống cũng ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây. Các giai đoạn thi công trước đó như ảnh hưởng của việc đào hố móng thi công tường vây cũng ảnh hưởng đến chuyển vị tường. Thời gian của các giai đoạn thi công: thời gian thi công ảnh hưởng khá lớn đến chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu đặc biệt trong nền đất sét vì liên quan đến vấn đề cố kết và từ biến. Tay nghề của đội công nhân thi công công trình.
16. 8 Chang-Yu Ou (2006, pp.182-183) [2] cũng đã nêu lên những nhân tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu bao gồm: sự mất cân bằng lực, độ cứng của tường vây, hệ thống hỗ trợ và hệ số an toàn Trong đó sự mất cân bằng lực bao gồm những nhân tố như: chiều sâu của hố đào, chiều rộng của hố đào và lực nén trước trong các thanh chống Hệ số an toàn đã được Clough và O’Rourke (1990) [3] bàn đến trong nghiên cứu, ảnh hưởng của nó đến chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu, và đưa ra kết luận rằng trong một hố đào sâu điển hình thì chuyển vị ngang của tường tỷ lệ thuận với chiều rộng của hố đào sâu. Điều này được giải thích là khi chiều rộng của hố đào càng lớn thì sự mất cân bằng lực càng chênh lệch do đó chuyển vị ngang của tường càng lớn. Hơn nữa, trong đất sét yếu khi chiều rộng của hố đào càng lớn thì hệ số an toàn chống trồi đáy càng giảm vì vậy chuyển vị ngang càng lớn. Trong mối liên hệ giữa chiều sâu hố đào với chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu đã được Ou và các đồng sự (1993)[4] nghiên cứu thông qua phân tích các công trình hố đào sâu trong khu vực Đài Bắc. Theo kết quả của nghiên cứu này thì chuyển vị ngang lớn nhất trong các tường vây hố đào sâu khoảng từ 0.2-0.5% chiều sâu hố đào.
17. 9 ) m ( hm 훿 푒 (m) Hình 3. Mối tương quan giữa chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây với chiều sâu của hố đào (Ou và các đồng sự, 1993) Chang Yu Ou (2006, pp184-185) [2] đã đề cập đến mối liên hệ giữa chiều sâu ngàm chân tường vây Hp đến chuyển vị ngang của tường vây. Tác giả đã tiến hành phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong một hố đào sâu 20m bằng , phương pháp phần tử hữu hạn. Khi sức kháng thông thường của đất nền là 푠 /휎푣 = 0.36, chiều sâu ngàm chân tường Hp=20m và 15m thì chuyển vị ngang của tường tương tự nhau. Khi giảm chiều sâu Hp=10m thì chuyển vị ngang của tường có thay đổi một ít nhưng tường vẫn đảm bảo ổn định. Khi Hp= 4m thì tường bị hiện tượng đá chân (phá hoại) lúc đó chuyển vị ngang của tường tăng lên nhanh chóng. Trong , trường hợp 푠 /휎푣 = 0.28 với trường hợp chiều sâu ngàm tường Hp= 15m thì chuyển vị ngang của tường có lớn hơn nhưng không đáng kể so với trường hợp Hp=20m và tường bị phá hoại khi Hp=10m lúc đó chuyển vị ngang của tường tăng lên nhanh chóng. Do đó khi tường đã ở trạng thái ổn định thì chiều sâu ngàm của chân tường ảnh hưởng không đáng kể đến chuyển vị ngang của tường.
18. 10 Lateral wall deformatiom (cm) Lateral wall deformatiom (cm) , , 푠 /휎푣 푠 /휎푣 = 0.36 = 0.28 Depth (m) Depth (m) STAGE 7 STAGE 7 Hình 4. Tương quan giữa chiều sâu ngàm tường và chuyển vị ngang của tường (Chang Yu Ou 2006) Về cơ bản thì khi tăng độ cứng của tường thì sẽ giảm chuyển vị ngang của tường, tuy nhiên mối liên hệ không phải là tuyến tính và chỉ gia tăng trong một khoảng nhất định do đó việc gia tăng độ cứng cho tường để giảm chuyển vị ngang của tường là không thật khả quan (Hsieh, 1999)[5]. Khi chưa lắp các thanh chống thì tường sẽ chuyển vị như một dầm hẫng (cantilever type), khi đã lắp thanh chống, độ cứng của thanh chống đủ lớn thì tường sẽ chuyển vị dạng xoay quanh điểm tiếp giáp giữa tường và thanh chống và chuyển vị ngang lớn nhất của tường sẽ gần đáy hố đào. Nếu lớp đất tại vị trí đáy hố đào là đất yếu thì chuyển vị ngang lớn nhất của tường sẽ nằm dưới đáy hố đào ngược lại khi lớp đất ngay tại đáy hố đào là lớp đất tốt thì thì chuyển vị ngang lớn nhất của tường sẽ nằm trên đáy hố đào. Khi độ cứng của hệ thống thanh chống không đủ lớn thì chuyển vị ngang của tường có dạng dầm hẫng (cantilever
19. 11 type) và trong trường hợp này thì chuyển vị lớn nhất của tường là ngay tại vị trí đỉnh tường (Chang Yu Ou, 2006, pp 185-186) [2] Hình 5. Dạng chuyển vị của tường trong trường hợp độ cứng thanh chống đủ lớn. (a) giai đoạn đào chưa có thanh chống, (b) giai đoạn có thanh chống, (c) giai đoạn lấp nhiều tầng thanh chống , Chang Yu Ou (2006) Hình 6. Dạng chuyển vị của tường trong trường hợp độ cứng thanh chống không đủ lớn. (a) giai đoạn đào chưa có thanh chống, (b) giai đoạn có thanh chống, (c) giai đoạn lấp nhiều tầng thanh chống, Chang Yu Ou (2006) 1.4. Phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu bằng phương pháp phần tử hữu hạn Phương pháp phần tử hữu hạn ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong việc giải quyết những bài toán của kỹ thuật nói chung và địa kỹ thuật nói riêng. Ưu điểm
20. 12 của phương pháp phần tử hữu hạn là khả năng ứng dụng vào các phần mềm máy tính giúp giải phóng người kỹ sư khỏi những tính toán toán học phức tạp cũng như khả năng mô phỏng gần như mọi yếu tố tác động đến kết quả bài toán. Tuy nhiên việc hiểu biết và sử dụng đúng đắn phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu là một điều không phải đơn giản. Trong phần này, một số nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước về vấn đề phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Aswin Lim và các đồng sự (2010) tiến hành phân tích ứng xử của một hố đào sâu 19.8m tường vây dài 35m thi công bằng phương pháp Top-Down kết hợp với hệ thanh chống. Sử dụng phần mềm Plaxis với năm mô hình nền khác nhau: Modified Cam Clay Model, Hardening Soil Model, Hardening Soil with Small Train Model, Morh Coulomb với φ=0 và mô hình sét yếu không thoát nước (the undrained soft clay model) (Hsieh et al. 2010). So sánh Kết quả phân tích trên các mô hình nền khác nhau với kết quả quan trắc, Aswin Lim và các đồng sự đã đi đến những kết luận sau: Khi sử dụng mô hình Modified Cam Clay để phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu với các thông số có được từ kết quả thí nghiệm, chuyển vị ngang phân tích được luôn nhỏ hơn kết quả quan trắc. Nếu hiệu chỉnh tỷ số k /  để cho trong giai đoạn cuối cùng kết quả phân tích khớp với kết quả quan trắc thì những giai đoạn trước đó kết quả phân tích lại lớn hơn kết quả quan trắc. Khi sử dụng mô hình Hardening Soil, Hardening Soil with Small Train thì trong giai đoạn cuối cùng chuyển vị ngang của tường phân tích khá khớp với kết quả quan trắc, tuy nhiên trong các giai đoạn trước đó thì kết quả phân tích lại lớn hơn kết quả quan trắc. Với mô hình Morh Coulomb φ=0, tỷ số Eu / Su được điều chỉnh sao cho trong giai đoạn cuối kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường và kết quả quan trắc khớp nhau thì những giai đoạn đầu dạng đường chuyển vị phân tích được rất khác với kết quả quan trắc. Điều này chứng tỏ mô hình này không có khả năng phân tích chính xác chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu.
21. 13 Với mô hình sét yếu không thoát nước kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường khá tốt so với kết quả quan trắc. Ngô Đức Trung, Võ Phán (2011) phân tích ảnh hưởng của các mô hình nền đến kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường vây công trình Trạm bơm lưu vực Nhiêu Lộc Thị Nghè, Thành phố Hồ Chí Minh. Phân tích được thực hiện với sự hỗ trợ của phần mềm Plaxis 2D trên hai mô hình nền là Morh Coulomb và Hardening Soil. So sánh với kết quả quan trắc, tác giả nhận xét mô hình Morh Coulomb cho kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường lớn hơn so với mô hình Hardening Soil. Việc sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn với mô hình Hardening Soil cho kết quả phù hợp với thực tế hơn khi sử dụng mô hình Morh Coulomb. Clough và O’Rourke (1990) nghiên cứu chuyển vị của tường vây trong hố đào sâu và chỉ ra rằng chuyển vị của tường vây có thể phân ra làm 3 loại: chuyển vị dạng console (cantilever movement), chuyển vị hướng vào trong ở vị trí sâu (deep inward movement) và tổng hợp của hai chuyển vị trên. Chuyển vị dạng console xuất hiện ở giai đoạn đầu khi tường chưa có kết cấu chống đỡ, mặc khác khi đã có chống đỡ ở những giai đoạn sau thì xuất hiện hướng vào trong ở vị trí sâu. Ou và cộng sự (1993) đã nghiên cứu hàng loạt hố đào sâu tại thủ đô của Đài Loan, và rút ra kiến nghị chuyển vị ngang của tường vây hố đào khoảng 0.2-0.5%. Chuyển vị ngang của tường trong đất sét yếu thì lớn hơn trong đất cát do đó giới hạn chuyển vị ngang trong sét cũng cao hơn trong cát. 1.5. Giới hạn vùng mô hình Để mô hình có khả năng đưa ra biến dạng và sự phân bố ứng suất đáng tin cậy, giới hạn vùng mô hình cũng cần phải hợp lý. Sự hợp lý ở đây được hiểu là vùng mô hình phải đủ lớn để có thể bao trùm hết được những tác động tương hỗ giữa hố đào sâu với đất nền xung quanh. K.J. Bakker (2005) đã đưa ra đề nghị giới hạn vùng mô hình khi phân tích hố đào sâu bằng phần mềm Plaxis. Theo K.J. Bakker giới hạn vùng mô hình phụ thuộc vào chiều rộng hố đào, chiều sâu hố đào và chiều dài của tường vây. Helmut F. Schweiger (2002) nghiên cứu ảnh hưởng của giới hạn vùng mô hình
22. S K L 0 0 2 1 5 4