CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY 1.1 Tổng quan - Kết cấu hố đào sâu thường được thi công trong vùng dân cư. 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, ảnh hưởng của tải trọng, hiệu ứng góc, và một số ảnh hưởng khác.
- 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, đào đất… trong đó, một khâu nào đó gặp sự cố có thể sẽ dẫn đến cả công trình bị đỗ vỡ. - Việc thi công hố móng ở các hiện trường lân cận như đóng cọc, hạ nước ngầm, đào đất… đều có thể sinh ra những ảnh hưởng hoặc khống chế lẫn nhau, tăng thêm các nhân tố để có thể gây ra sự cố. - 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 xử lý sẽ vô cùng khó khăn, gây ra tổn thất lớn về kinh tế và ảnh hưởng nghiêm trọng về mặt xã hội.2 Giới thiệu chung về tường vây - Tường trong đất (Diaphragm wall) thường được gọi là tường Baret vì tường được cấu tạo bở nhừng baret nối với nhau, giữa các baret có các gioăng chống thấm.
Các baret nối với nhau thành bức tường bê tông cốt thép ở trong đất. - Độ dày tường vây tiêu chuẩn có các kích cỡ: 600mm, 800mm, 1000mm, 1200mm và 1500mm. -4- - Tường vây bê tông thép : Dùng máy đào đặc biệt để đào thành hố đào thành những đoạn có độ dài nhất định, bùn trong hố đào phải được thổi sạch sau đó thả lồng thép đã chế tạo sẵn xuống, dùng các ống dẫn đổ bê tông xuống cho từng đoạn, nối các đoạn tường này vào bằng các đầu nối đặc biệt, dùng cho hố móng có độ sâu từ 10 m trở lên hoặc trong điều kiện thi công tương đối khó khăn; Hình 1.1 Thi công tường vây bê tông cốt thép Hình 1.2 Hình dạng tường vây khi thi công xong -5- 1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị tường vây hố đào và các nghiên cứu liên quan 1.1 Tải trọng vùng lân cận - Tải trọng các công trình hiện hữu ảnh hưởng lớn đến việc phân bố lại áp lực trong đất gây tác động đến chuyển vị tường vây. - Theo Gerber (1929) và Spangler (1938) nghiên cứu áp lực đất theo phương ngang được phân bố lại dưới tác động của tải trọng phân bố bên trên được hiệu chỉnh bởi các hệ số m,n - Với tải trọng tập trung: m ≤ 0.3 Phân bố áp lực đất lại dưới tác dụng tải trọng Qp -6- - Với tải trọng phân bố Hình 1.4 Phân bố áp lực đát lại dưới tác dụng tải trọng Qs Qs σh = ( β − sin β cos 2α ) (1.2 Độ cứng tường chắn và hệ chống đỡ - Thay đổi độ dày tường làm thay đổi độ cứng của tường làm giảm chuyển dịch của đất bên ngoài hố đào.
Tuy nhiên việc tường dày quá chiếm diện tích lớn, chi phí thi công tăng cao. - Clough và O’Rourke(1990) dựa vào một số quan trắc về biến dạng của một số hố đào đã lập thành bảng so sánh với độ cứng của tường chắn và tương quan giữa hệ số an toàn với sự trồi nền. - Đối với hố đào trong đất sét mềm tới cứng vừa, O’Rourke đã so sánh chuyển vị ngang lớn nhất và chuẩn hóa (umax/z) với độ cứng của tường (EI/γh4). -7- Hệ số an toàn chống bùng nền Hình 1.5 Đường cong thiết kế cho chuyển dịch tường lớn nhất Clough và O’Rourk,1990) Trong đó: E: mô đun đàn hồi của tường I: mô ment chống uốn H: khoảng cách trung bình giữa các thanh chống - L.
Sebastian Bryson và David G. Zapata-Medina ( 2012) đã mô phỏng 3D để nghiên cứu ảnh hưởng độ cứng của các loại tường đến chuyển vị của tường tương ứng vớicác loại đất.6 Ảnh hưởng độ cứng của tường đến chuyển vị của tường - Long (2001) đã nghiên cứu và phân tích 296 trường hợp. Nghiên cứu chủ yếu tập trung vào kết quả xác nhận của Clough và O'Rourke (1990) cho các vùng đất cứng với δhm / H = 0,05-0,25% và δvm / H = 0-0,2%. Với đất sét mềm với hệ số an toàn thấp, sự chuyển dịch của tường có thể lên tới δhm / H = 3,2%.
Ông kết luận biến dạng của hố đào sâu trong đất không dính cũng như trong đất sét cứng không phụ thuộc nhiều vào độ cứng của bức tường và hệ chống đỡ. Độ cứng ảnh hưởng đến biến dạng đáng kể khi đào sâu trong đất sét mềm với hệ số an toàn thấp. Ông tìm ra một hệ số linh hoạt Addenbrooke’s để xác định được độ cứng tường và hệ chống đỡ.3 Mực nước ngầm - Trong từng giai đoạn thi công hố đào, mực nước ngầm ảnh hưởng đáng kể đến chuyển vị tường vây. Dòng thấm là nguyên nhân giảm áp lực nước ngầm, tăng ứng suất hữu hiệu 1.4 Áp lực đất và tính chất đất nền - Khi thi công hố đào sâu sinh ra áp lực đất chủ động và bị động, gây ra lực ảnh hưởng đến chuyển vị tường vây.
-9- - Theo nghiên cứu của Terzaghi (1954) trên nền cát với các đặc trưng khác nhau cho ra kết quả chuyển vị tường vây khác nhau Cát chặt Cát rời Góc xoay của tường Hình 1.7 Ảnh hưởng của áp lực đất lên chuyển dịch của tường theo Terzaghi - Các nghiên cứu của Raj (1999): liên quan đến chuyển dịch tịnh tiến của đỉnh tường do đặc trưng quay của tâm quay do ảnh hưởng của sự gia tăng áp lực đất. Như vậy, có thể thấy rằng lực xô ngang liên quan đến áp lực chủ động và bị động của đất.1 Độ dịch chuyển của tường ứng với loại đất Loại đất, trạng thái đất Độ dịch chuyển của tường Đất rời, trạng thái chặt (0,001 ÷ 0,002)H Đất rời, trạng thái rời (0,002 ÷ 0,004)H Đất dính, trạng thái chặt (0,01 ÷ 0,02)H Đất dính, trạng thái mềm (0,02 ÷ 0,05)H Với H là chiều cao của tường chắn (m) -10- 1.5 Kích thước hố móng - Hình dạng, kích thước hố móng ảnh hưởng đến sự phân bố chuyển vị của đất xung quanh và bên dưới đáy hố móng. - Hố đào càng sâu, ứng suất tổng giảm càng lớn và như vậy chuyển vị của tường chắn càng lớn. Hố đào càng rộng, chuyển vị của tường chắn càng lớn.
- Phân tích theo mô hình ứng suất hữu hiệu, MIT-E3 (Whittle và Kavvadas, 1994) có xét đến ảnh hưởng của chiều dài tường đến độ lún nền và chuyển vị ngang của tường ứng với các chiều sâu tường là L=40m và 20m. Khi đào đến các cấp đào H=2.5m cho đất OCR=1. Khi chiều sâu tường tăng dẫn đến chuyển vị ngang của tường giảm, được thể hiện qua hình Hình 1.8 Ảnh hưởng của chiều dài tường trên chuyển vịngang - Tác giả Chang – Yu Ou trong quá trình nghiên cứu thành lập một quy trình phân tích 3D phát triển trên chương trình máy tính khi phân tích bài toán đào sâu và thực hiện trên công trình cụ thể đã cho thấy ảnh hưởng của kích thước hố móng -11- Hình 1.9 Sự khác nhau giữa chuyển vị lớn nhất của tường trong các trường hợp chiều dài tường phụ khác nhau - Với chiều dài tường phụ (B>20), khi giảm chiều dài của tường chính thì độ lệch của tường sẽ giảm 1.6 Hiệu ứng góc - Với những phương án hố đào sâu có mặt bằng đào là hình chữ nhật hoặc hình vuông thì chuyển vị tại góc là nhỏ nhất.10 Phương án đào có mặt bằng là hình chữ nhật -12- Hình 1.11 Các vùng ứng xử biến dạng phẳng và biến dạng không gian trong hố đào - Trong hình 1.11, ở hố đào hình chữ nhật biến dạng ở trung tâm cạnh dài (mặt cắt 1-1) được xem là biến dạng phẳng. - Ở vùng trung tâm cạnh ngắn (mặt cắt 2-2) , do bị ảnh hưởng của vùng góc nên chuyển vị tường vây nhỏ hơn so với mặt cắt 1-1.
- Các ứng xử tại các góc (A ,B) cũng có ứng xử không gian nên chuyển vị nhỏ hơn trung tâm của tường, nhưng góc E có chuyển vị lớn hơn góc B. • Các nghiên cứu về 3D liên quan đến hố đào, ảnh hưởng của góc - Cùng với việc nghiên cứu ảnh hưởng của kích thươc hố móng, Chang – Yu Ou nghiên cứu và nhận thấy khi tăng chiều dài tường chính hay tường phụ, thì sự ảnh hưởng của góc là không thể không kể đến. - Với độ cứng theo phương ngang lớn, tường vây có ứng xử không gian (hiệuứng góc). Trong khi các phương án tường chắn khác như soldier piles, cừ larsen,cọc vây do độ cứng theo phương ngang bé nên không xét đến hiệu ứng góc.
- Chính vì vậy nên đối với tường vây, để thu được kết quả chính xác, việc phân tích bài toán không gian để xét đến hiệu ứng góc của tường vây cần được thực hiện. Vấn đề này chỉ có thể thực hiện được bằng phương pháp phần tử hữu hạn(FEM).12 Sự thay đổi của tỷ số biến dạng phẳng cho chuyển vị lớn nhất với khoảng cách từ góc tới phần ước lượng hố đào với chiều dài tường chính là hằng số và sự thay đổi chiều dài của tường phụ.[4] - Trong điều kiện biến dạng phẳng, phần ứng xử của tường trung tâm có tường phụ dài còn ảnh hưởng bởi sự tồn tại của phần góc.13 Mối quan hệ giữa B/L và khoảng cách tính từ góc cho tỷ số biến dạng khác nhau [4] -14- - Chang-Yu Ou, Dar-Chang Chiou và Tzong – Shiann Wu(1996) đã thực hiện nghiên cứu ảnh hưởng hiệu ứng góc đến hố đào sâutại tòa nhà Hai-Hua tọa lạc tại giao lộ Chung-Hsiao và Chin-San ở thành phố Đài Bắc.14 Mặt bằng tòa nhà Hai- Hua với bố trí ống Inclinometer [4] Hình 1.15 Mặt cắt mesh lưới cho công trình [4] -15- Bảng 1.2 Các thông số đất của tòa nhà Hai- Hua Soil Layer Depth γt C Φ n Rf νl vt K Kur (1) (m) (kN/m3) (kPa) (*) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (2) (3) (4) (5) Silty-clay 4.49 2000 2000 Một tường vây dày 110cm dài 42m và sâu 20. Phương pháp thi công top-down đã được sử dụng. Đó là bảy giai đoạn đào cho phần góc, nó sẽ được hoàn thành theo những trình tự sau: + Đào xuống 1.6m dưới mặt đất.
+ Thi công sàn bê tông tại bề mặt và đào sâu tới 5. + Thi công sàn 2 tại - 3.8m và đào sâu tới 8. + Thi công sàn 3 tại - 6.
