MỞ ĐẦU 1. Đặt vẫn đề Ngày nay, các thành phố lớn trên thế giới có tốc độ phát triển không ngừng, kèm theo đó là sự tăng dân số rất nhanh dẫn đến nhu cầu về chỗ ở và đi lại ngày càng lớn. Đề đáp ứng những yêu cầu đó đòi hỏi các thành phố cải tạo hoặc xây mới các đô thị của mình một cách tối ưu trên một không gian chật hẹp. Với ý tưởng chung là triệt để khai thác và sử dụng không gian dưới mặt đất cho mục đích kinh tế, xã hội, văn hoá môi trường và cả cho phòng vệ quôc phòng, dân sự.
Việc xây dựng các loại hình công trình đặt sâu trong lòng đất như hiện nay dẫn đến xuất hiện hoàng loạt kiểu hỗ đào sâu khác nhau. Để thực hiện chúng. người thiết kế và thi công cần có những biện pháp chắn giữ dé bảo vệ thành vách hỗ đào va công nghệ đào thích hợp về mặt kỹ thuật — kinh tế cũng như an toàn về người và môi trường. Cùng với sự phát triển của công nghệ thi công hỗ đào sâu, những phương pháp khảo sát địa chất công trình, người ta cũng đã đạt được nhiều bước tiến về lý thuyết tính toán cũng như phát triển những phần mềm hỗ trợ để phân tích và quyết định phương án thiết kế phù hợp nhất.
Những phần mềm này đòi hỏi người kỹ sư sự am hiểu một cách thông suốt về lý thuyết tính toán và cách thức tính toán của nó (các mô hình đất, cách loại ứng xử của đất,.) để đạt được kết quả gần đúng nhất và an toàn khi thi công cũng như khi đưa công trình vào hoạt động. Do nhiều nguyên nhân khác nhau có thé dẫn đến sự cố khi thi công hỗ đảo sâu như: thi công không giống như thiết kế, kết quả khảo sát địa chất bên dưới công trình không đúng, chưa hiểu rõ phân mềm hỗ trợ tính toán,. Hậu quả dẫn đến là một số công trình đã gặp sự cô dẫn đến thiệt hại vé con người và kinh tế rất lớn. Từ những công trình đã gặp sự cố, việc tìm ra nguyên nhân và cách khắc phục sự cố là một cần thiết để tránh những trường hợp đáng tiếc có thể xảy ra.
Mục tiêu nghiên cứu Vào lúc 3:00 PM, ngày 20 thang 4 năm 2004, tại Singapore, xảy ra sự cô sập hồ đào sâu 33.5m gây nhiều thiệt hại về tài sản và nhân mạng. Do đó, mục đích thực hiện luận văn này nhằm mô phỏng lại công trình bằng phần mềm Plaxis 2D. Sau đó, tìm hiệu cơ chê gây mat ôn định ho đào và nguyên nhân sự cô trên. Các hiện tượng xuât hiện khi thi công hô đào sâu sẽ như thê nào? Cơ chê nào gây mat ôn định hô đào sâu? Tam quan trọng của thông sô đâu vào và mồ hình bài toán? Trình độ của đội ngũ thi công có đảm bảo thiết kế? Để trả lời các câu hỏi trên, tác giả tiến hành các nghiên cứu như sau: - Phân tích các hiện tượng có thé xảy ra trong quá trình thi công h6 đào sâu.
- Các cơ chế dẫn đến sự mắt ôn định của hồ đào sâu. - So sánh và đánh giá tính chính xác của phương pháp số thông qua một số phương pháp giải tích đơn giản. Phương pháp nghiên cứu Đề nghiên cứu những nội dung trên, học viên đã lựa chọn phương pháp sau: - Phu thập dữ liệu từ các báo cáo của các cơ quan và các tác giả có uy tín làm cơ sở cho việc nghiên cứu. - Kiểm tra tính đúng đắn của thiết kế thông qua các phương pháp tính toán bằng giải tích.
- Mô hình hoá công trình thực tế bằng phương pháp phân tử hữu hạn. - Su dụng két quả quan trac ngoài thực địa và các kêt quả điều tra sau sự cô của cơ quan có uy tín; kêt hợp với kêt quả mô phỏng công trình đê tiên hành so sánh với thiết kế trước đó. - Phân tích cơ chế gây mat 6n định của hé dao sâu trên công trình thực tế. Y nghĩa khoa học của đề tài Đề tài này có ý nghĩa nhằm tìm ra các nguyên nhân chính và các nguyên nhân phụ gây ra mat ôn định hố đào sâu 33.5m — công trình Nicoll Highway Singapore.
Từ đó, rút ra được những bài học về thiết kế và thi công. Từ kết quả nghiên cứu của dé tài này ta có thé rút ra được một số bài học về thiết kế hỗ đảo sâu. Ngoài ra, Việt Nam hiện hiện nay có tốc độ phát triển nhanh vì vậy dé tài này có giá trị tham khảo rất thiết thực để tham khảo nhằm cung cấp thêm một số kinh nghiệm thiết kế hỗ đảo sâu. Phạm vi nghiên cứu của đề tài Đề tài giới hạn trong phạm vi công trình hố đảo sâu 33.5m công trình Nicoll Highway — Singapore.
Dé tài sử dụng các kiến thức trong phạm vi liên quan đến chuyên ngành xây dựng công trình ngầm và một số ít kiến thức của các ngành khác khi nó có tam ảnh hưởng quan trọng. Và đối tượng nghiên cứu từ công trình hố đào sau Nicoll Highway Singapore. TONG QUAN VE HO ĐÀO SAU 1. Sơ lược về hồ đào sâu 1.
Khái niệm hồ đào sâu Năm 1943, Terzaghi đưa ra khái niệm: hồ dao sâu là hố dao có chiều sâu lớn hơn chiều rộng của hỗ. Nhưng đến năm 1967, Terzaghi và Peck dé nghị hỗ đào sâu là hồ đào có chiều sâu lớn hơn 6m. Tuy nhiên, trong thực tế ở những hồ đào có chiêu sâu ít hơn 5m nhưng phải đảo trong đất có điều kiện địa chất công trình và địa chất thuỷ văn phức tạp thì ứng xử của hồ đào cũng có thê xem là hồ đào sâu.Một so nghiên cứu tiêu biéu về ho đào sau Các công trình nghiên cứu tiêu biểu về hố đào sâu nói chung là Peck(1969), Lambe (1970), O’Rourke (1981), Clough và O’Rourke (1990) đã tong hợp quá trình phát triéu của công tác thiết kế, thi công va quan trắc hố đào sâu với các chủ dé liền quan đến quan trắc công trình thực, chuyên vị nền đất và tường hố đào, phân tích bang phương pháp số và ứng suất lên tường khi đắp đất và đầm chặt. Sau đây là một số tổng kết về các công trình nghiên cứu trên.
s* Nghiên cứu của Peck(1969): Peck đã xem xét những hố đào sâu là những hố đào với những cạnh thắng đứng yêu cầu hệ thống chống đỡ bên ngoài. Chuyển vị ngang, lún đất nền cạnh hồ đào, mat 6n định trồi đáy hố đào, những phương pháp giảm chuyền vị đất nền cạnh hồ đào, và những biểu đồ áp lực đất cho thiết kế hố đào sâu là những chủ đề chính được thảo luận bởi Peck. Tuy nhiên, những nhận xét trên của Peck được dựa trên kinh nghiệm cá nhân và những trường hợp nghiên cứu đã xuât bản. Có 3 chủ dé chính trong thảo luận của Peck của hồ đào sâu.
Thứ nhất đó là sự quan trọng của loại đất và đặc tính thực hiện hỗ đào sâu. Thứ hai đó là sự quan trọng của chiều sâu hố đào. Thứ ba đó là cái ma Peck gọi là “tay nghề công nhân” trong việc kiêm soát chuyên vi. 10 s* Nghiên cứu của Lambe (1970) Bài báo nghiên cứu của Lambe năm 1970 trên hỗ đảo giăng chống tập trung trên thiết kế và phân tích hố đào sâu và hệ chống của nó.
Lambe xem xét lại những yếu tô ảnh hưởng chuyến vị của dat do việc đào. Tác giả đã bao gồm ba trường hợp của hồ đào cho dự án xe điện ngầm MBTA ở Boston, và ứng dụng tình hình của đề tài nghiên cứu cho thiết kế và phân tích một trong ba trường hợp đó và so sánh dự đoán với đo đạc được. Lambe đã kết luận rang tình hình của dé tài nghiên cứu cho thiết kế và phân tích hó đào giang chong thi cách khá xa su thỏa mãn, vi lực của hệ chồng đỡ và chuyển VỊ đất nền không thể dự đoán với sự tin tưởng. Lambe cũng đề xuất răng phương pháp phân tử hữu hạn và kinh nghiệm chia sẻ thông qua những trường hợp đã xuất bản là hai trong SỐ những cách hứa hẹn nhất dé đạt tới sự hiểu biết quá trình thực hiện hồ dao sâu.
s* Nghiên cứu cua O”Rourke (1981) O’Rourke nghiên cứu chuyển vị đất nền gây ra bởi hố đào sâu có giằng chống và những hoạt động thi công liên quan. Ông đã chỉ ra sự quan trọng của hoạt động chuẩn bị công trường lên chuyển vị đất nền, và cũng đã liệt kê ra sự bồ trí lại và việc hạ mực nước ngâm, thi công tường vây, thi công hỗ móng sâu cũng như là những hoạt động chuẩn bi của công trường có thé gây ra chuyển vị đất nền. Tác giả cũng nghiên cứu quan hệ giữa hình dạng chuyền vi của tường hồ dao và tỉ số chuyển vị ngang và đứng của mặt đất nên băng cách xem xét dữ liệu thực hiện từ bảy trường hợp nghiên cứu. O’Rourke cũng kết luận từ những phân tích rang tỉ số chuyển vị ngang trên chuyền vị đứng là 1.6 đối với biến dạng công sôn thuần túy và 0.6 đối với biến dạng phình trôi thuần túy của tường vây.
Ngoài ra, O’Rourke cũng đã nêu ra những kết luận về tác động của độ cứng giằng chống, việc ứng suất trước của giằng chống, và sự tính toán thời gian của việc lắp đặt chong. Tác giả nhận xét rằng độ cứng hữu hiệu của chống có thé thấp hơn 2% so với độ cứng chuẩn AE/L do hiệu ứng nén tại vị trí liên kết và hiệu ứng uôn của giang chông. 11 s* Nghiên cứu của Clough và O”Rourke (1990) Clough và O’Rourke nghiên cứu chuyển vị gây ra bởi hỗ đào sâu bằng cách xem xét dữ liệu từ trường hợp và những nghiên cứu trước đó. Các tác giả đã chia chuyên vi ra làm 2 loại.
Thứ nhất là chuyên vi do quá trình đào thi công tường vây, và loại kia là chuyển vị gây ra bởi hoạt động thi công phụ. Ho đã kết luận từ những nghiên cứu của mình răng chuyến vị do hố đào sâu có thé được dự đoán trong những phạm vi hop lý nêu nguồn gôc chuyền vi được xem Xét.Cau tạo kết cầu chắn giữ thành hồ đào 1.Bộ phận chắn dat Gom các ket câu chan dat ngăn nước (tường liên tục trong dat, tường trộn xi măng dat,.) và các kê câu chăn dat không ngăn nước ( cọc thép chữ H hay chữ I có ban cai, cọc nhéi đặt thua,. Một số loại tường chan hồ dao thường sử dụng: s* Coc xi măng đất: Trộn đất với xi măng ở dưới sâu, lợi dụng phản ứng hoá học — vật lý xảy ra giữa xi măng với đất, làm cho đất mềm đóng răn lại.