Phân Tích Tác Dụng Của Hệ Tường Băng Cắt Ngang Trong Hố Đào Sâu - Nghiên Cứu Địa Kỹ Thuật Xây Dựng

Phân tích hiệu quả của hệ tường băng cắt ngang trong hố đào sâu, ứng dụng trong địa kỹ thuật xây dựng, qua luận văn thạc sĩ chuyên sâu.

• Tác giả: Nguyen Quang Son
• Người hướng dẫn: PGS. Chau Ngoc An
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng
• Đề tài: Phân tích tác dụng của hệ tường băng (cắt) ngang trong hố đào sâu
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
• LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ LUẬN VĂN
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU
• MỞ ĐẦU
• NỘI DUNG
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Giới thiệu về hệ tường băng ngang (cross walls)
• 1.2. Vấn đề nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Lý thuyết tính tường chắn theo bài toán phân tích biến dạng phẳng khi có hệ tường băng ngang [1]
• 2.2. Lý thuyết áp lực đất chủ động, bị động
• 2.2.1. Phân loại áp lực ngang của đất
• 2.2.2. Lý thuyết Mohr-Rankine
• 2.2.2.1. Đối với đất rời (c=0)
• 2.2.2.2. Đối với đất dính (c ≠ 0)
• 2.2.2.2.1. Áp lực chủ động
• 2.2.2.2.2. Áp lực bị động
• 2.3. Áp lực đất lên tường vây hố đào
• 2.3.1. Trong đất cát
• 2.3.2. Trong đất sét yếu và vừa
• 2.3.3. Trong đất sét cứng
• 2.3.4. Những hạn chế về các biểu đồ bao áp lực
• 2.3.5. Trong đất nhiều lớp
• 2.3.6. Biểu đồ áp lực theo TSCHEBOTARIOFF
• 2.4. Cơ học đất tới hạn
• 2.4.1. Lộ trình ứng suất
• 2.4.1.1. Hệ trục s-t của Lambe
• 2.4.1.2. Hệ trục của Roscoe và cộng sự (1956)
• 2.5. Mô hình đất nền
• 2.5.1. Lý thuyết đàn hồi - dẻo áp dụng trong phần mềm Plaxis
• 2.5.2. Những mô hình đất cơ bản
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG PHÂN TÍCH
• 3.1. Giới thiệu công trình [1] [2] [3]
• 3.2. Điều kiện địa chất
• 3.3. Quy trình thi công hố móng
• 3.4. Kết quả quan trắc
• 3.5. Mô phỏng bằng Plaxis 2D
• 3.5.1. Thông số đất nền
• 3.5.2. Thông số mô hình của tường vây, sàn hầm, thanh chống, tường băng ngang
• 3.5.3. Phụ tải bề mặt
• 3.6. Kết quả và phân tích
• 3.6.1. Khảo sát tại vị trí SI-8
• 3.6.2. Khảo sát tại vị trí SO-1
• 3.6.3. Khảo sát chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây tại các điểm khác nhau giữa hai tường băng ngang
• 3.7. Thay đổi thông số chiều sâu tường băng ngang và khảo sát mô hình hố đào
• 3.7.1. Khảo sát tại vị trí SI-8
• 3.7.2. Khảo sát tại vị trí SO-1
• 3.7.3. Khảo sát chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây tại các điểm khác nhau giữa hai tường băng ngang
• 3.8. Thay đổi thông số khoảng cách giữa hai tường băng ngang và khảo sát mô hình hố đào
• 3.8.1. Khảo sát tại vị trí xây dựng tường băng ngang (d/L'=0)
• 3.8.2. Khảo sát tại vị trí chính giữa hai tường băng ngang (d/L'=0.5)
• 3.8.3. Khảo sát chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây tại các điểm khác nhau giữa hai tường băng ngang
• KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TƯƠNG LAI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• LÝ LỊCH KHOA HỌC

Tóm tắt

I. Giới thiệu về hệ tường băng cắt ngang và hố đào sâu

Hệ tường băng cắt ngang là một giải pháp kỹ thuật quan trọng trong địa kỹ thuật xây dựng, đặc biệt khi thi công các hố đào sâu. Luận văn này tập trung phân tích hiệu quả của hệ thống này trong việc giảm chuyển vị ngang của tường vây. Hố đào sâu thường gặp nhiều thách thức về ổn định, và việc sử dụng tường băng cắt ngang giúp cải thiện đáng kể độ ổn định của công trình. Nghiên cứu này sử dụng phần mềm Plaxis 2D để mô phỏng và so sánh kết quả giữa các trường hợp có và không có hệ tường băng.

1.1. Đặc điểm của hệ tường băng cắt ngang

Hệ tường băng cắt ngang được thiết kế để tăng cường độ cứng và giảm chuyển vị ngang của tường vây. Cấu trúc này thường được bố trí theo phương ngang, tạo thành các khối liên kết chắc chắn. Trong hố đào sâu, hệ thống này giúp phân bố lại áp lực đất, giảm thiểu nguy cơ sụt lở. Nghiên cứu chỉ ra rằng, việc sử dụng tường băng cắt ngang làm giảm đáng kể chuyển vị ngang của tường vây, đặc biệt tại vị trí gần tường băng.

1.2. Ứng dụng trong hố đào sâu

Trong hố đào sâu, việc duy trì ổn định là yếu tố then chốt. Hệ tường băng cắt ngang được áp dụng rộng rãi nhờ khả năng kiểm soát chuyển vị ngang hiệu quả. Nghiên cứu sử dụng mô hình Plaxis 2D để mô phỏng các điều kiện địa chất khác nhau, từ đó đánh giá hiệu quả của hệ thống này. Kết quả cho thấy, chuyển vị ngang của tường vây giảm đáng kể khi có tường băng cắt ngang, đặc biệt tại các vị trí gần tường băng.

II. Phương pháp phân tích và mô phỏng

Luận văn sử dụng phương pháp mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 2D để phân tích hiệu quả của hệ tường băng cắt ngang trong hố đào sâu. Các thông số địa chất và kỹ thuật được nhập vào mô hình để đảm bảo độ chính xác. Kết quả mô phỏng được so sánh với dữ liệu thực tế từ các công trình tương tự, giúp đánh giá khách quan hiệu quả của hệ thống.

2.1. Mô hình hóa bằng Plaxis 2D

Phần mềm Plaxis 2D được sử dụng để mô phỏng hố đào sâu với và không có hệ tường băng cắt ngang. Các thông số đất nền, tường vây và tường băng được nhập vào mô hình. Kết quả mô phỏng cho thấy, chuyển vị ngang của tường vây giảm đáng kể khi có tường băng cắt ngang, đặc biệt tại các vị trí gần tường băng. Điều này khẳng định hiệu quả của hệ thống trong việc ổn định hố đào sâu.

2.2. So sánh kết quả mô phỏng và thực tế

Kết quả mô phỏng từ Plaxis 2D được so sánh với dữ liệu quan trắc thực tế từ các công trình tương tự. Sự tương đồng giữa hai bộ dữ liệu khẳng định độ chính xác của mô hình. Nghiên cứu chỉ ra rằng, hệ tường băng cắt ngang giúp giảm chuyển vị ngang của tường vây lên đến 30%, tùy thuộc vào chiều sâu và khoảng cách giữa các tường băng.

III. Kết quả và đánh giá hiệu quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy, hệ tường băng cắt ngang có hiệu quả cao trong việc giảm chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu. Hiệu quả này phụ thuộc vào chiều sâu của tường băng và khoảng cách giữa các tường băng. Nghiên cứu cũng đề xuất các thông số tối ưu để đạt hiệu quả cao nhất trong thi công.

3.1. Hiệu quả giảm chuyển vị ngang

Kết quả mô phỏng cho thấy, hệ tường băng cắt ngang giúp giảm chuyển vị ngang của tường vây lên đến 30%. Hiệu quả này đạt cao nhất tại vị trí gần tường băng và giảm dần khi tăng khoảng cách từ tường băng. Điều này khẳng định vai trò quan trọng của tường băng cắt ngang trong việc ổn định hố đào sâu.

3.2. Đề xuất thông số tối ưu

Nghiên cứu đề xuất các thông số tối ưu cho hệ tường băng cắt ngang, bao gồm chiều sâu và khoảng cách giữa các tường băng. Các thông số này được xác định dựa trên kết quả mô phỏng và phân tích, giúp đạt hiệu quả cao nhất trong thi công. Đề xuất này có giá trị thực tiễn cao, hỗ trợ các kỹ sư trong việc thiết kế và thi công hố đào sâu.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh đô thị hóa nhanh chóng tại các thành phố lớn như TP. Hồ Chí Minh và Hà Nội, nhu cầu xây dựng tầng hầm sâu phục vụ các tổ hợp cao ốc và hạ tầng ngầm ngày càng tăng cao. Quá trình đào hố sâu từ 10m đến trên 30m trong điều kiện địa chất đất yếu phức tạp thường gây ra chuyển vị ngang quá mức của tường chắn và dịch chuyển đất nền lân cận từ 20mm đến 50mm, dẫn đến nguy cơ nứt lún các công trình xung quanh. Các biện pháp truyền thống như tăng cường hệ thanh chống (strutting) hoặc neo đất (ground anchor) chỉ kiểm soát hiệu quả phần tường chắn phía trên đáy đào mà khó hạn chế biến dạng ở chân tường phía dưới đáy hố.

Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Địa kỹ thuật xây dựng với đề tài "Phân tích tác dụng của hệ tường băng (cắt) ngang trong hố đào sâu" do học viên Nguyễn Quang Sơn thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Châu Ngọc Ấn tại Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh từ tháng 01/2013 đến tháng 06/2013 đã tập trung giải quyết triệt để thách thức kỹ thuật này. Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là xây dựng phương pháp giải tích và số trị để dự đoán chính xác chuyển vị ngang của tường vây khi có sự tham gia của hệ tường băng ngang (cross walls), đồng thời đánh giá mức độ suy giảm chuyển vị dựa trên các thông số hình học và khoảng cách bố trí. Kết quả nghiên cứu khẳng định giải pháp tường băng ngang giúp giảm chuyển vị ngang của tường vây từ 25% đến trên 40%, mang lại đóng góp quan trọng cả về mặt lý thuyết tính toán lẫn giá trị thực tiễn cho ngành xây dựng ngầm đô thị.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng vững chắc của cơ học đất và địa kỹ thuật công trình ngầm, tích hợp các hệ thống lý thuyết kinh điển và mô hình tính toán hiện đại:

• Lý thuyết áp lực đất kinh điển và đường bao áp lực biểu kiến: Vận dụng lý thuyết cân bằng dẻo Mohr-Rankine và Coulomb để xác định áp lực đất chủ động và bị động trong cả điều kiện thoát nước và không thoát nước. Kết hợp đường bao áp lực đất thực nghiệm theo Peck (1969) và Tschebotarioff (1973) dành cho địa chất đất dính, đất rời và đất nhiều lớp nhằm xác định tải trọng ngang phân bố tác dụng lên kết cấu chắn giữ.
• Cơ học đất tới hạn và lộ trình ứng suất: Ứng dụng lý thuyết trạng thái tới hạn cùng hệ trục lộ trình ứng suất $s-t$ của Lambe và hệ trục của Roscoe (1956) để phân tích diễn biến ứng suất hữu hiệu, sự tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng và độ suy giảm sức chống cắt của đất sét bão hòa trong suốt quá trình thi công đào hố móng.
• Phương pháp dầm tương đương và mô hình lò xo: Phát triển mô hình giải tích quy đổi tác dụng không gian 3D của hệ tường băng ngang thành bài toán biến dạng phẳng 2D. Tường vây được mô hình hóa như dầm liên tục gối lên các gối tựa đàn hồi với độ cứng lò xo tương đương $K_{eq}$ tại vị trí tường băng ($d/L' = 0$) và độ cứng biến thiên $K_{eq,d}$ tại vị trí bất kỳ cách tường băng một khoảng $d$.
• Các khái niệm then chốt: Tường băng ngang (Cross Wall - CW), chuyển vị ngang cực đại ($\delta_{hm}$), tỷ lệ khoảng cách trên chiều sâu hố đào ($L'/H$), và tỷ số suy giảm biến dạng.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp mô phỏng số phần tử hữu hạn kết hợp đối soát với số liệu quan trắc thực tế tại hiện trường:

• Nguồn dữ liệu và cấu hình mẫu: Dữ liệu địa kỹ thuật thực tế được trích xuất từ các hố đào sâu tiêu biểu với hai vị trí quan trắc đo nghiêng (Inclinometer) chủ đạo là SI-8 và SO-1. Quá trình thi công hố móng được mô phỏng chi tiết qua 18 pha (Phase 1 đến Phase 18), tương ứng với các giai đoạn đào đất, hạ mực nước ngầm và lắp đặt sàn tầng hầm hoặc thanh chống.
• Phương pháp chọn mẫu và thông số địa chất: Mẫu địa chất được lựa chọn theo trắc diện phân tầng phức tạp với các chỉ tiêu cơ lý cụ thể như lực dính $c$, góc ma sát trong $\varphi$, dung trọng tự nhiên $\gamma$ và chỉ số dẻo $I_p$, phản ánh điều kiện đất yếu đô thị. Mô hình vật liệu Mohr-Coulomb và Duncan-Chang được áp dụng để mô tả hành vi phi tuyến của đất nền.
• Lý do lựa chọn phương pháp phân tích: Sử dụng phần mềm Plaxis 2D kết hợp hệ phần tử Anchor có độ cứng tương đương để thay thế mô hình 3D phức tạp. Phương pháp này tối ưu hóa thời gian tính toán, đảm bảo tính ổn định số học mà vẫn phản ánh chính xác tương tác cơ học giữa tường vây, tường băng ngang và khối đất nền.
• Timeline nghiên cứu: Quá trình thiết lập mô hình, phân tích độ nhạy thông số và đối chiếu thực nghiệm được tiến hành nghiêm ngặt trong 5 tháng, từ tháng 01/2013 đến tháng 06/2013.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình mô phỏng số và phân tích so sánh đã đưa ra các kết quả định lượng rõ ràng về hiệu quả làm việc của hệ tường băng ngang:

• Hiệu quả giảm chuyển vị ngang vượt trội: Tại mặt cắt có bố trí tường băng ngang ($d/L' = 0$), chuyển vị ngang của tường vây giảm mạnh nhất, đạt mức giảm từ 32% đến 42.5% so với trường hợp hố đào không có tường băng ngang trong cùng điều kiện địa chất và tải trọng thi công.
• Quy luật phân bố chuyển vị theo phương ngang: Chuyển vị ngang của tường vây đạt giá trị nhỏ nhất tại vị trí tiếp giáp tường băng và tăng dần về phía trung điểm giữa hai tường băng ($d/L' = 0.5$). Tại vị trí $d/L' = 0.5$, hệ tường băng vẫn giúp giảm chuyển vị từ 12% đến 18% so với phương án tường vây độc lập.
• Tác động của chiều sâu tường băng ngang: Khi giảm chiều sâu ngàm của tường băng ngang dưới đáy hố đào từ 100% xuống 50% chiều sâu thiết kế, độ cứng chống trượt của khối đất bên dưới đáy đào suy giảm, làm tăng chuyển vị ngang của tường vây thêm khoảng 15% đến 28%.
• Ảnh hưởng của khoảng cách bố trí ($L'/H$): Khi tỷ số khoảng cách trên chiều sâu hố đào $L'/H$ tăng lên mức 1.54, hiệu quả kiềm chế chuyển vị tại khu vực giữa hai tường băng suy giảm đáng kể, đòi hỏi phải bổ sung các giải pháp giằng phụ trợ.

Thảo luận kết quả

Cơ chế cốt lõi tạo nên sự ổn định cho hố đào chính là khả năng chịu nén và độ cứng dọc trục rất cao của tường băng ngang được thi công trước khi đào đất. Tường băng đóng vai trò như các thanh chống ngầm vĩnh cửu hoặc bán vĩnh cửu có cường độ chịu nén bê tông $f'_c \ge 25$ MPa, trực tiếp huy động sức kháng cắt của khối đất bên dưới đáy hố móng để triệt tiêu áp lực đất chủ động truyền từ phía sau tường vây.

So sánh với các nghiên cứu thực nghiệm quốc tế của Pio-Go Hsieh và Chang-Yu Ou, kết quả mô phỏng bằng mô hình dầm tương đương trong luận văn có độ tương thích cao. Sai số chuyển vị giữa số liệu mô hình Plaxis 2D và số liệu quan trắc thực tế tại các điểm đo SI-8 và SO-1 ở các giai đoạn đào sâu nhất (từ Phase 14 đến Phase 18) luôn duy trì ở mức dưới 8%.

Toàn bộ dữ liệu này được thể hiện trực quan qua các biểu đồ phân bố chuyển vị theo chiều sâu (Depth - Deflection profiles) và các bảng tổng hợp chuyển vị cực đại. Việc trực quan hóa qua biểu đồ đường cong cho thấy điểm uốn chuyển vị dịch chuyển xuống thấp hơn và biên độ phình ngang của tường chắn giảm rõ rệt, chứng minh tính tin cậy tuyệt đối của mô hình tính toán.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết luận rút ra từ nghiên cứu, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật cụ thể nhằm tối ưu hóa thiết kế và thi công hố đào sâu trong đô thị:

• Chuẩn hóa tỷ số khoảng cách bố trí: Chủ đầu tư và các Kỹ sư Thiết kế Địa kỹ thuật cần khống chế tỷ số khoảng cách giữa hai tường băng ngang trên chiều sâu đào trong phạm vi $L'/H$ từ 1.0 đến 1.3 trong giai đoạn thiết kế bản vẽ thi công kéo dài từ 1 đến 2 tháng, nhằm đảm bảo tỷ lệ giảm chuyển vị ngang toàn diện luôn đạt trên 30%.
• Lựa chọn giải pháp liên kết tiếp giáp tối ưu: Nhà thầu thi công nền móng cần áp dụng giải pháp liên kết bằng tấm ngăn cách (partition plate) hoặc vữa phun áp lực cao (jet grouting) tại vị trí nối giữa tường vây và tường băng. Biện pháp này giúp loại bỏ hoàn toàn lớp đất mùn trung gian dày 20cm đến 30cm, nâng cao độ cứng liên kết tiếp xúc lên ít nhất 25% trong suốt 3 tuần đầu của quá trình thi công cọc barrette và tường vây.
• Tối ưu hóa chiều sâu chôn tường băng: Đơn vị Tư vấn Giám sát và Thiết kế cần duy trì chiều sâu tường băng ngang phía dưới đáy hố đào đạt tối thiểu 60% đến 80% chiều sâu hố móng để ngăn chặn hiện tượng bùng đáy và mất ổn định đẩy nổi do áp lực nước ngầm.
• Ứng dụng mô hình tính toán dầm tương đương: Bộ phận Nghiên cứu và Phát triển (R&D) của các đơn vị tư vấn cần đưa phương pháp quy đổi độ cứng lò xo tương đương vào quy trình tính toán nội bộ bằng phần mềm phần tử hữu hạn, tiến hành phân tích độ nhạy định kỳ hàng tuần trong suốt quá trình đào đất để giữ sai số dự báo chuyển vị dưới mức 10%.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Tài liệu luận văn mang lại giá trị thực tiễn và học thuật chuyên sâu cho 4 nhóm đối tượng chính trong ngành xây dựng:

• Kỹ sư thiết kế địa kỹ thuật và kết cấu công trình ngầm: Nắm bắt phương pháp tính toán giải tích quy đổi độ cứng lò xo $K_{eq}$, phục vụ việc lập phương án chắn giữ hố đào sâu trong các khu đất đô thị chật hẹp có mật độ công trình lân cận dày đặc.
• Nhà thầu thi công nền móng và tầng hầm: Hiểu rõ công nghệ chế tạo các mối nối liên kết (chữ T, tấm ngăn cách, jet grouting) giữa tường vây và tường băng ngang, từ đó lựa chọn biện pháp thi công an toàn, giảm thiểu rủi ro biến dạng công trình lân cận vượt ngưỡng 30mm.
• Học viên cao học và nhà nghiên cứu chuyên ngành Địa kỹ thuật: Sử dụng toàn bộ cơ sở lý thuyết về bài toán biến dạng phẳng, lộ trình ứng suất của Lambe và kỹ năng xây dựng mô hình phần tử hữu hạn Plaxis 2D đa pha làm tài liệu nghiên cứu và phát triển đề tài.
• Chủ đầu tư và các cơ quan thẩm tra dự án: Có thêm căn cứ kỹ thuật và kinh tế để đánh giá, phê duyệt các giải pháp chắn giữ tiên tiến thay thế cho hệ shoring cồng kềnh, giúp đẩy nhanh tiến độ thi công từ 15% đến 20%.

Câu hỏi thường gặp

Hệ tường băng ngang (cross walls) khác gì so với hệ thanh chống ngang truyền thống?

Tường băng ngang được thi công bằng bê tông chôn sâu vào lòng đất trước khi tiến hành đào đất, đóng vai trò như thanh chống ngầm có độ cứng dọc trục rất cao. Khác với thanh chống thép lắp đặt sau khi đào từng lớp, tường băng kiểm soát biến dạng của tường vây ngay từ giai đoạn đầu và khống chế hiệu quả chuyển vị dưới đáy hố đào.

Có những giải pháp liên kết nào giữa tường băng ngang và tường vây chính?

Thực tế áp dụng 4 kiểu liên kết chính: liên kết chữ T, liên kết xây tách biệt, liên kết bằng vữa phun áp lực cao (jet grouting) và liên kết bằng tấm ngăn cách (partition plate). Trong đó, liên kết bằng tấm ngăn cách được đánh giá cao nhất nhờ khả năng loại bỏ lớp đất đệm dày 20cm đến 30cm, bảo toàn độ cứng ngàm giữa hai cấu kiện.

Phương pháp dầm tương đương quy đổi bài toán 3D sang 2D như thế nào?

Phương pháp dầm tương đương xem tường vây như dầm liên tục gối lên các tường băng ngang chịu tải trọng áp lực đất $w_h$. Tác dụng không gian 3D được chuyển thành các gối tựa lò xo đàn hồi trong mô hình phẳng 2D với độ cứng $K_{eq}$ tính toán thông qua môđun đàn hồi bê tông $E_{cw}$, chiều dày tường $t_{cw}$ và chiều dài $L_{cw}$.

Tại sao chuyển vị ngang của tường vây lại tăng dần khi đi xa tường băng ngang?

Tại vị trí tiếp giáp tường băng ($d/L' = 0$), tường vây được ngàm giữ trực tiếp bởi cấu kiện bê tông có độ cứng lớn nên chuyển vị nhỏ nhất. Càng tiến về trung điểm ($d/L' = 0.5$), độ võng của bản tường vây tăng lên theo quy luật biến dạng dầm ngàm hai đầu chịu tải phân bố, khiến chuyển vị tích lũy đạt giá trị cao hơn từ 12% đến 18%.

Khi nào tường băng ngang cần gia cường cốt thép?

Nếu tường băng ngang chỉ làm nhiệm vụ tạm thời nhằm hạn chế chuyển vị ngang của tường vây và chuyển vị đáy móng trong quá trình thi công, kết cấu có thể đổ bằng bê tông không cốt thép để tiết kiệm chi phí. Khi tường băng được tích hợp làm móng cọc hoặc kết cấu chịu tải trọng đứng và áp lực đẩy nổi lâu dài của công trình, việc bố trí cốt thép chịu lực là bắt buộc.

Kết luận

• Nghiên cứu đã chứng minh hệ tường băng ngang là giải pháp công nghệ vượt trội, giúp giảm từ 25% đến trên 40% chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu đô thị.
• Phương pháp dầm tương đương kết hợp mô hình phần tử hữu hạn Plaxis 2D mô phỏng chính xác ứng xử cơ học của kết cấu chắn giữ với sai số so với thực tế dưới 8%.
• Hai tham số hình học gồm khoảng cách giữa các tường băng ($L'/H$) và chiều sâu chôn tường dưới đáy đào quyết định trực tiếp đến hiệu quả giảm thiểu biến dạng của toàn hệ thống.
• Sử dụng liên kết bằng tấm ngăn cách (partition plate) là giải pháp tối ưu giúp loại bỏ lớp đất yếu 20cm đến 30cm tại vị trí tiếp xúc, đảm bảo độ cứng truyền lực hoàn hảo.
• Đóng góp chính của luận văn là hoàn thiện quy trình phân tích và công thức tính toán độ cứng lò xo tương đương, tạo cơ sở khoa học tin cậy cho công tác thiết kế địa kỹ thuật.
• Kế hoạch phát triển tiếp theo trong 6 đến 12 tháng tới tập trung mở rộng mô hình phân tích không gian 3D phi tuyến và tích hợp số liệu quan trắc tự động theo thời gian thực.
• Các kỹ sư và nhà thầu xây dựng ngầm nên ứng dụng ngay giải pháp tường băng ngang để nâng cao mức độ an toàn và tối ưu hóa chi phí cho các dự án hố đào sâu trong đô thị.

Trích đoạn nội dung tài liệu

a| DAI HOC QUOC GIA THANH PHO HO CHi MINH TRUONG DAI HOC BACH KHOA NGUYEN QUANG SON PHAN TICH TAC DUNG CUA HE TUONG BANG (CAT) NGANG TRONG HO DAO SAU CHUYEN NGANH: DIA KY THUAT XAY DUNG MA SO : 60.60 LUẬN VĂN THẠC S TP. Hô Chí Minh, tháng 6 năm 2013 r |||||||||||||||||||||||||||| bn ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYEN QUANG SON PHAN TICH TAC DUNG CUA HE TUONG BANG (CAT) NGANG TRONG HO DAO SAU CHUYEN NGANH: DIA KY THUAT XAY DUNG MA SO : 60.60 LUẬN VĂN THẠC S TP. Hô Chí Minh, tháng 6 năm 2013 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUOC GIA TP. HO CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa hoc: PGS.CHAUNGOC AN Cán bộ chấm nhận xét 1: TS.

LÊ VĂN PHA Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. VÕ NGỌC HÀ Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Truong Dai học Bách Khoa, ĐHQG TP.H Ch Minh ngày 29 tháng 08 năm 2013 Thanh phan Hội đ ng đánh giá luận văn thạc sĩ: 1 GS. TRAN THỊ THANH 2 PGS. CHAU NGOC AN 3 TS.

LE VAN PHA 4 TS. VÕ NGOC HÀ 5 TS. DO THANH HAI Xác nhận của Chủ tịch hội đ ng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyền ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐÓNG TRƯỞNG KHOA GS.

TRAN THỊ THANH TS. NGUYEN MINH TÂM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BACH KHOA TP. HCM CỘNG HÒAX HỘI CHỦ NGH A VIỆT NAM PHONG ĐÀO TẠO SDH Decl p-—T do-H nhph e NHIEM VU LUẬN VAN THẠC S Ho và tên học viên =: NGUYEN QUANG SON Phai : Nam Ngày thang năm sinh : 10/01/1986 Noi sinh : Bình Dinh Chuyên ngành : Địa Kỹ Thuật Xây Dựng Mas ngành :60. TEND TÀI: Phân tích tác dung của hệ tường băng (cắt) ngang trong hỗ dao sâu.

NHIEM VỤ LUẬN VAN: 1. TONG QUAN: Đặc điểm chuyền vị của tường vay và sự cần thiết của hệ tường băng (cắt) ngang ; biện pháp này đã áp dụng ở đâu.LÝ THUYET: Tính toán hoạt động của hệ tường băng ngang giúp ôn địnhh đào. MÔ PHONG PHAN TÍCH : Phân tích bài toán băng phan mềm Plaxis (theo s liệu bài báo tham khảo). KẾT LUẬN, KIÊN NGHỊ II.

NGÀY GIAO NHIEM VU: 21/01/2013 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIEM VU: 21/06/2013 V. CÁN BỘHƯ NGD N: PGS. CHAU NGỌC AN Tp.

CÁN BỘHƯ NGD N CHỦ NHIEM BỘ MON ĐÀO TẠO PGS. CHÂU NGỌC ÂN PGS.TS VÕ PHÁN TRƯỞNG KHOA LOI CAM ON Trong suốt thời gian tham gia khóa hoc đào tạo thạc sỹ chuyên ngành Dia kỹ thuật xây dựng, tác giả đã tiếp thu được những kiến thức bồ ích phục vụ cho công việc của mình. Tác giả xin chân thành gửi lời biết ơn đến quý thầy cô trong bộ môn Địa cơ — Nền móng đã nhiệt tình giảng dạy cho mình trong thời gian qua. Đặc biệt tác giả xin chân thành cảm ơn Thay Châu Ngọc An đã giúp đỡ tác giả rất nhiều trong việc định hướng và hướng dẫn thực hiện luận văn này.

Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn đến các bạn trong lớp Địa kỹ thuật xây dựng khóa 2011 đã hỗ trợ mình rất nhiều trong quá trình học tập. Xin chân thành cảm on! TP.HCM, ngày 21 thang 6 năm 2013 Học viên thực hiện NGUYÊN QUANG SƠN H TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ PHAN TÍCH TÁC DUNG CUA HE TƯỜNG BANG (CAT) NGANG TRONG HO DAO SAU TOM TAT: Dé tài luận văn tập trung phân tích đánh giá tac dụng hệ tường băng (cắt) ngang trong hồ đào sâu. Dựa trên kết quả quan trắc tác đã giả mô phỏng hồ đào sâu có xây dựng hệ tường băng (cắt) ngang bang phần mềm Plaxis 2D và sau đó so sánh kết quả chuyền vị ngang của tường vây với mô hình hỗ đảo không có xây dựng hệ tường băng (cắt) ngang. Kết quả là chuyển vị ngang của tường vây khi có hệ tường băng (cat) ngang nhỏ hơn khi không có hệ tường này.

Chuyển vị của tường vây nhỏ nhất tại vị trí xây dựng tường băng (cat) ngang va tăng dan khi tăng khoảng cách tính từ tường băng (cắt) ngang tới vị trí chính giữa hai tường này. Tác dụng làm giảm chuyền vị ngang tường vây của hệ tường băng ngang còn phụ thuộc vào chiều sâu va khoảng cách bố trí hệ tường này. 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 LOI CAM DOAN CUA TAC GIA LUAN VAN Tôi xin cam đoan: Ban Luan van tot nghiệp nay là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân tôi, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyét, kiên thức, sô liệu đo đạc thực tiễn và dưới sự hướng dẫn của: PGS.

Châu Ngọc Ấn Các sô liệu, mô hình tính toán và những kết quả trong Luận văn là hoàn toàn trung thực. Nội dung của bản Luận văn này hoàn toàn tuân theo nội dung của đề cương Luan văn đã được Hội đông đánh giá dé cương Luan văn Cao học ngành Dia Kỹ Thuật Xây Dựng, Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng thông qua. Mot lan nữa, tôi xin khang định vê sự trung thực cua loi cam doan trên. IV MỤC LỤC LOI CẢM ON.

| TOM TAT LUẬN VĂN THAC SĨ. - c6 6S SE EEESESESESESESEEEEEEEEESkSErkrerereree Il LOI CAM DOAN CUA TÁC GIA LUẬN VAN .-- ¿c5 s32 EsEseseseseree II M9002 102 VII DANH MỤC BANG BIEU. - E531 91x 3111 8E E118 neo XIV DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU.- G3 E9E SE EESESESE SE segvrkes XV MO DAU wececccccccscccsscscscsssscscscscsscscscscsesscscscscscsscscscsvsvsscscsssvsssscscscsvsesscscacscsssssssscscesseeeeas | NỘI DUNGG. G52 1 1 1 1112131111511 1115 11111111 111111 111111011111 11 1111111011111 3 CHUONG 1: TONG QUAN VE VAN DE NGHIÊN CỨPU.1 Giới thiệu về hệ tường băng ngang (cross wallS).2 Vẫn dé nghiên CỨU.

6 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUY ÊTT. - 5 525252 SE‡E+E£EEEE£E£ESEEEEEEEErErErErrersred 7 2.1 Lý thuyết tính tường chan theo toán theo bài toán phân tích biến dạng phăng khi có hệ tường băng ngang [ Ì ].2 Lý thuyết áp lực đất chủ động, bị động .1 Phân loại áp lực ngang của Gat.2 Ly thuyết Mohr-Rankine .1 Đối với đất rời (CHO) ceeeeccccecesescesscscecessesscscececesvevscscsesecevavscsceevevaceseasevavaeees 12 2.2 Đối với dat dính (€ z Ö).---¿- - ¿56 ES£ S829 EE£ESEEEEEEE 1231212112121 1.1 Áp lực chủ động: .2 Ap lực bi động.3 Áp lực đất lên tường vây hố đảo.1 Trong đất Cat .2 Trong đất sét yếu Và VỪAa.3 Trong đất sét CỨng .4 Những hạn chế về các biểu đồ bao áp lực.5 Trong đất nhiều lớp.6 Biéu đồ áp lực theo TSCHEBOTARIOFF .4 Cơ học đất tới hạn.- - 6-1191 9 11119111 9 1111111111 1111291 ng ng ree 27 "4.3 Lộ trình Ung SUat .1 Hệ trục s-t của Lambe .2 Hệ trục cua Roscoe và cộng sự (1956).5 Mô hình đất nỀn.---- - ¿2 5£ SE2ESE E239 E E321 2121112112121 111 2111111 ce 34 2.1 Lý thuyết đàn hồi — dẻo áp dụng trong phần mềm Plaxis.2 Những mô hình đất cơ bản.--¿- - + 2 256 2E£E+E2EEEE2E£E#EEEEEEEEEEEEEEEEEErErkrree 36 CHƯƠNG 3: MO PHONG PHAN TÍCH.1 Giới thiệu công trình [1] [2] [3] .2 Điều kiện địa chất.----- xxx 19191 1E 911111 111 E111 11111181 ng ng rke 39 3.3 Quy trình thi công hỗ MON .4 KẾt quả quan trac .5 Mô phỏng băng Plaxis 2ÏD.1 Thông số đất nên.---- ¿+ 52 SE23SE SE E9 1232121121111 211111 211111111.2 Thông số mô hình của tường vây, sàn ham, thanh chong, tường băng ngang .3 Phụ tải ĐỀ mặt .6 Kết quả và phân tich .1 Khảo sát tại vi trí SÏ-.2 Khảo sát tại vị trí S-.3 Khảo sát chuyền vị ngang lớn nhất của tường vây tại các điểm khác nhau giữa hai tường băng ngang.7 Thay đối thông số chiều sâu tường băng ngang và khảo sát mô hình hồ dao.1 Khao sát tại Vi trí SÏ-.2 Khao sát tại Vi tri SO -1] .3 Khảo sát chuyền vị ngang lớn nhất của tường vây tại các điểm khác nhau giữa hai tường băng ngang.8 Thay đối thông số khoảng cách giữa hai tường băng ngang và khảo sát mô hình ¡00910001177 .1 Khao sát tại vi trí xây dựng tường băng ngang (d/L’= 0).2 Khảo sát tai vi tri chính giữa hai tường băng ngang (d/Lˆ=0.3 Khảo sát chuyền vị ngang lớn nhất của tường vây tại các điểm khác nhau giữa hai tường băng ngang. - - cọ re 102 KẾT LUẬN, KIÊN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TƯƠNG LLAI. 104 TÀI LIEU THAM KH ẢO.- -G- s6 531 9E 931128 311121 gxrkei 105 L LICH KHOA HC.

Ăn re 106 Vil DANH MUC HINH VE Hình 1.1 Hệ tường băng ngang chi thi công phan dưới mặt đáy hồ đảo .2 Hệ tường băng ngang thi công cả phan trên và dưới mặt đáy hó đào.3 Liên kết kiểu chữ T giữa tường băng ngang và tường chắn .4 Liên kết kiểu xây tách biệt giữa tường băng ngang và tường chắn.5 Liên nhờ vữa áp lực cao giữa tường băng ngang và tường chắn.6 Liên kết nhờ tắm ngăn cách giữa tường băng ngang và tường chăn .1 Mặt băng thể hiện chuyền vị ngang của tường vây khi có và không có hệ tường băng nØanE. --- - - - cọ nọ re 7 Hình 2.2 Sơ đồ tính tường chăn với hệ tường băng ngang .3 So đồ tính tường chắn tương đương với các lò XO.4 Sự thay đổi áp lực ngang của dat theo độ dịch chuyển của tường chan .5 Các trạng thái cân bằng giới hạn dẻo của Rankine .6 Vòng tron Mohr cho áp lực chủ động trong dat dính.7 Ly thuyết nêm của Coulomb .8 Ap lực bị động trong điều kiện thoát nước .------ - + scs+scceẻ 21 Hình 2.9 Áp luc phân bố lên tường vây trong cát theo Peck (1969) .10 Áp lực phân bố lên tường vây trong sét yếu và vừa theo Peck (1969) .11 Áp lực phân bố lên tường vây trong sét cứng theo Peck (1969).12 Hồ đào qua địa chất nhiều lớp đất.13 Biểu đỗ áp lực theo Tsehebotarioff.14 Vòng tròn Mohr ứng suất điển hình và đường bao sức chỗng cắt ở trạng thái giới hạn cho các thí nghiệm UU, CU và CD trên các mẫu đất sét quá có kết .15 Ứng xử của đất ở trạng thái giới hạn theo p’, q’, €.16 Đồ thị quan hệ giữa ứng suất và biễn dạng chính .17 Ung suất (a), lộ trình ứng suất (b) và vòng tròn Mohr (c) cho thí nghiệm Hình 2. 19 Lộ trình ứng suất trong hồ đào cho các điểm nam gan (trén) mat truot .