Nghiên cứu điều chỉnh kết quả chuyển vị ngang của tường vây từ đo đạc inclinometer trong hố đào sâu

Nghiên cứu hệ thống điều chỉnh chuyển vị ngang tường vây bằng inclinometer trong hố đào sâu, phương pháp định lượng kết hợp định tính, góp phần phát

• Tác giả: Nguyễn Văn Thành
• Người hướng dẫn: PGS. Bùi Trường Sơn
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Ngầm
• Đề tài: Hiệu Chỉnh Kết Quả Chuyển Vị Ngang Của Tường Vây Từ Đo Đạc Inclinometer Trong Hố Đào Sâu
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
• MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
• PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI
• CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỐ ĐÀO SÂU VÀ MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG LÊN CHUYỂN VỊ NGANG TƯỜNG VÂY HỐ ĐÀO
• 1.1. ĐẶC ĐIỂM HỐ ĐÀO SÂU
• 1.2. CÁC YẾU TỐ ĐỊA KỸ THUẬT ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÔNG TRÌNH HỐ ĐÀO SÂU
• 1.3. CÁC HIỆN TƯỢNG XẢY RA KHI THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU
• 1.4. PHÂN LOẠI HỐ ĐÀO SÂU
• 1.5. TỔNG HỢP TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HỐ ĐÀO SÂU
• 1.6. NHẬN XÉT CHƯƠNG
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUAN TRẮC CHUYỂN VỊ NGANG VÀ PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHỈNH CHUYỂN VỊ NGANG TỪ THIẾT BỊ INCLINOMETER
• 2.1. ĐẶC ĐIỂM QUAN TRẮC ĐÁNH GIÁ CHUYỂN VỊ NGANG CỦA ĐẤT NỀN BẰNG THIẾT BỊ INCLINOMETER
• 2.2. SAI SỐ CHUYỂN VỊ NGANG TỪ ĐO ĐẠC INCLINOMETER VÀ PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHỈNH
• 2.3. NHẬN XÉT CHƯƠNG
• 3. CHƯƠNG 3: HIỆU CHỈNH CHUYỂN VỊ NGANG TƯỜNG VÂY HỐ ĐÀO
• 3.1. CẤU TẠO ĐỊA CHẤT VÀ SỐ LIỆU QUAN TRẮC DỰ ÁN
• 3.2. HIỆU CHỈNH BẰNG HÌNH HỌC CĂN CỨ VÀO MỨC ĐỘ CHUYỂN VỊ CỦA ĐỈNH TƯỜNG
• 3.3. HIỆU CHỈNH CHUYỂN VỊ NGANG CĂN CỨ THEO CHUYỂN VỊ TẠI ĐIỂM CHỐNG GIẰNG TRƯỚC KHI KÍCH HOẠT HỆ THANH GIẰNG
• 3.4. MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ CHUYỂN VỊ NGANG CỦA TƯỜNG VÂY VÀ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ TIN CẬY CỦA PHƯƠNG PHÁP ĐỀ NGHỊ
• 3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Mở đầu

Bài viết này tập trung vào việc nghiên cứu và điều chỉnh chuyển vị ngang của tường vây trong quá trình thi công hố đào sâu. Trong bối cảnh các công trình xây dựng lớn ngày càng trở nên phổ biến, việc đảm bảo an toàn và ổn định cho các công trình này là vô cùng quan trọng. Inclinometer là thiết bị chính được sử dụng để đo đạc chuyển vị ngang, tuy nhiên, kết quả đo có thể không chính xác nếu không được hiệu chỉnh đúng cách. Việc này đòi hỏi một quy trình nghiên cứu và phân tích kỹ lưỡng để đảm bảo tính chính xác của các kết quả đo đạc, từ đó hỗ trợ cho việc phân tích khả năng ổn định của tường vây trong hố đào sâu.

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

Trong điều kiện địa chất phức tạp, đặc biệt tại khu vực thành phố Hồ Chí Minh với lớp đất yếu, việc đo đạc và hiệu chỉnh chuyển vị ngang của tường vây trở nên cần thiết. Chuyển vị ngang lớn có thể gây ra những rủi ro nghiêm trọng cho các công trình xung quanh. Do đó, việc hiệu chỉnh kết quả đo đạc không chỉ đảm bảo tính chính xác mà còn góp phần nâng cao an toàn công trình.

II. Tổng quan hố đào sâu và yếu tố ảnh hưởng

Hố đào sâu là một trong những loại công trình đặc biệt, có những đặc điểm và yêu cầu riêng biệt trong thiết kế và thi công. Các yếu tố địa kỹ thuật như đặc tính của đất, ứng suất ngang ban đầu và điều kiện nước dưới đất đều ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây. Việc phân tích những yếu tố này giúp đưa ra những giải pháp tối ưu trong quá trình thi công, giảm thiểu rủi ro và nâng cao độ ổn định của công trình. Trong đó, việc khảo sát địa chất và lựa chọn phương pháp thi công phù hợp là rất quan trọng.

2.1. Đặc điểm hố đào sâu

Hố đào sâu có chiều sâu lớn hơn chiều rộng, thường gặp trong các công trình xây dựng như tầng hầm. Đặc điểm này tạo ra những thách thức trong việc đảm bảo an toàn cho tường vây và các công trình lân cận. Việc tính toán và dự đoán chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu cần phải được thực hiện một cách cẩn thận, với sự hỗ trợ của các phương pháp mô phỏng và quan trắc hiện trường.

2.2. Các yếu tố địa kỹ thuật

Các yếu tố địa kỹ thuật như độ bền của đất, ứng suất ngang ban đầu và điều kiện nước dưới đất đều có tác động lớn đến biến dạng của tường vây trong hố đào sâu. Đặc biệt, sự thay đổi của mực nước ngầm có thể gây ra hiện tượng bùng nền, ảnh hưởng đến độ ổn định của hố đào. Việc phân tích các yếu tố này là cần thiết để đưa ra những biện pháp bảo vệ hiệu quả cho công trình.

III. Cơ sở lý thuyết quan trắc chuyển vị ngang

Phương pháp quan trắc chuyển vị ngang bằng inclinometer đã được áp dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng. Tuy nhiên, việc hiệu chỉnh kết quả đo đạc là rất quan trọng để đảm bảo tính chính xác. Các sai số trong đo đạc có thể phát sinh từ nhiều nguyên nhân, và việc hiểu rõ cơ chế hoạt động của thiết bị sẽ giúp cải thiện độ tin cậy của kết quả. Nghiên cứu này sẽ phân tích các phương pháp hiệu chỉnh và đánh giá tính chính xác của chúng trong thực tế.

3.1. Đặc điểm quan trắc

Việc sử dụng inclinometer trong quan trắc chuyển vị ngang là cần thiết để đánh giá tình trạng ổn định của tường vây. Thiết bị này cho phép đo đạc chính xác các chuyển vị, tuy nhiên, kết quả đo cần được hiệu chỉnh để phản ánh đúng thực tế. Các phương pháp hiệu chỉnh sẽ được đề xuất và phân tích trong phần này.

3.2. Sai số trong đo đạc và phương pháp hiệu chỉnh

Sai số trong kết quả đo đạc từ inclinometer có thể ảnh hưởng đến tính chính xác của việc phân tích ổn định công trình. Việc đề xuất các phương pháp hiệu chỉnh dựa trên quan sát thực tế và mô phỏng sẽ giúp nâng cao độ tin cậy của kết quả. Các phương pháp này sẽ được đánh giá và so sánh để tìm ra phương pháp hiệu quả nhất.

IV. Hiệu chỉnh chuyển vị ngang tường vây

Quá trình hiệu chỉnh chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu sẽ được thực hiện dựa trên các dữ liệu quan trắc thực tế. Việc phân tích các kết quả hiệu chỉnh từ hai phương pháp đề xuất sẽ giúp xác định mức độ chính xác của chúng. Kết quả sẽ được so sánh với mô phỏng để đưa ra những nhận định về tính khả thi và hiệu quả của các phương pháp này.

4.1. Hiệu chỉnh bằng hình học

Phương pháp hiệu chỉnh bằng hình học dựa trên việc phân tích các dữ liệu quan trắc từ đỉnh tường và chuyển vị tại điểm chống giằng. Kết quả sẽ được so sánh với các mô phỏng để đánh giá tính chính xác của phương pháp này. Việc áp dụng phương pháp này sẽ giúp cải thiện độ tin cậy của kết quả đo đạc.

4.2. Hiệu chỉnh theo chuyển vị tại điểm chống giằng

Phương pháp hiệu chỉnh chuyển vị ngang căn cứ theo chuyển vị tại điểm chống giằng trước khi kích hoạt hệ giằng sẽ được phân tích. Kết quả từ phương pháp này sẽ được so sánh với các kết quả đo đạc thực tế để đánh giá tính khả thi và hiệu quả của nó trong việc đảm bảo an toàn cho công trình.

V. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu này đã chỉ ra rằng việc hiệu chỉnh chuyển vị ngang tường vây là rất cần thiết để đảm bảo tính chính xác của kết quả đo đạc. Các phương pháp hiệu chỉnh được đề xuất đã cho thấy tính khả thi và hiệu quả trong việc nâng cao độ tin cậy của kết quả. Đề xuất một số kiến nghị cho các nghiên cứu tiếp theo nhằm hoàn thiện hơn nữa các phương pháp tính toán và phân tích ổn định tường vây trong hố đào sâu.

5.1. Đề xuất cho nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp hiệu chỉnh mới, đồng thời áp dụng công nghệ hiện đại vào việc quan trắc chuyển vị. Việc kết hợp giữa các phương pháp truyền thống và công nghệ mới sẽ giúp nâng cao tính chính xác và độ tin cậy của kết quả trong các công trình xây dựng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong quá trình đô thị hóa mạnh mẽ tại các đô thị lớn, nhu cầu xây dựng tầng hầm sâu phục vụ giao thông và thương mại ngày càng gia tăng. Tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh và Đồng bằng sông Cửu Long, địa tầng mặt chủ yếu là lớp sét mềm bão hòa nước có chiều dày dao động từ 4 m đến 16 m. Khi thực hiện hố đào sâu trên 6 m, sự thay đổi trạng thái ứng suất dỡ tải làm phát sinh biến dạng hông rất lớn của nền đất và kết cấu chắn giữ. Quan trắc hiện trường bằng thiết bị Inclinometer là phương pháp phổ biến nhất để kiểm soát chuyển vị ngang của tường vây nhằm đảm bảo an toàn cho công trình và các cấu trúc lân cận.

Tuy nhiên, quy trình đo đạc Inclinometer tiêu chuẩn luôn giả định chân ống đo là điểm chuẩn cố định không chuyển vị. Trong điều kiện địa chất đất yếu, khi chân tường vây không ngàm đủ sâu vào tầng đất tốt, hiện tượng dịch chuyển chân tường (đá chân cừ) xảy ra phổ biến, khiến kết quả đo đạc thô bị sai lệch tịnh tiến từ 15% đến 45% so với thực tế. Nghiên cứu này tập trung giải quyết vấn đề cốt lõi: xây dựng và kiểm chứng các giải pháp hiệu chỉnh kết quả chuyển vị ngang từ đo đạc Inclinometer khi chân tường vây nằm trong tầng đất yếu.

Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm tại dự án The Golden Star (Quận 7, Thành phố Hồ Chí Minh) với quy mô 2 tầng hầm trên diện tích hơn 4.500 m2, sử dụng cừ Larsen SPIV dài từ 16 m đến 18 m kết hợp 2 tầng giằng thép hình. Việc hiệu chỉnh chính xác số liệu quan trắc giúp nâng cao độ tin cậy của công tác đánh giá an toàn, giảm thiểu nguy cơ nứt nẻ công trình lân cận và tối ưu hóa hệ số an toàn trong suốt thời gian thi công 6 tháng của dự án.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết dỡ tải đất nền của Terzaghi và Peck, kết hợp với định luật đàn hồi Hooke áp dụng cho kết cấu chống đỡ. Khi đào đất, ứng suất đứng và ứng suất ngang trong hố đào bị giải phóng, làm thay đổi áp lực nước lỗ rỗng và gây biến dạng trồi đáy hố cũng như đẩy ngang tường chắn. Thiết bị Inclinometer hoạt động dựa trên nguyên lý cảm biến gia tốc đo độ nghiêng của ống vách theo từng khoảng cách đều đặn 0,5 m từ đáy lên đỉnh ống có đường kính trong 52 mm và khả năng chịu tải 320 kg.

Ba khái niệm học thuật then chốt được phát triển trong nghiên cứu gồm:

1. Chuyển vị chân tường (Toe kick-out): Sự dịch chuyển ngang thực tế của mũi tường cừ vào trong lòng hố đào do thiếu áp lực bị động của nền đất yếu.
2. Chuyển vị tịnh tiến sai số: Độ lệch giữa đường cong quan trắc giả định chân tường cố định và đường cong chuyển vị thực tế của tường.
3. Trạng thái làm việc sơ đồ gối tựa: Sự chuyển đổi hành vi cơ học của tường từ dạng dầm công-xôn sang dầm nhiều nhịp liên tục sau khi kích hoạt hệ thanh giằng H350 và H400.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu quan trắc thực nghiệm từ vị trí ống Inclinometer ký hiệu I11 tại dự án The Golden Star, được theo dõi liên tục qua 37 chu kỳ thi công đào đất và lắp dựng hệ chống. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm chuỗi số liệu từ 1 trạm quan trắc trọng điểm đại diện cho vùng giáp ranh khu dân cư chịu rủi ro cao, kết hợp đối chiếu với tập dữ liệu từ 18 công trình hố đào sâu có chiều dày lớp đất yếu từ 4 m đến 16 m trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh. Phương pháp chọn mẫu có chủ đích được áp dụng nhằm tập trung vào các vị trí cừ vây chịu áp lực đất không đối xứng và có nguy cơ đá chân lớn nhất.

Phương pháp phân tích kết hợp giữa hình học giải tích và mô phỏng số phần tử hữu hạn trên phần mềm Plaxis 2D. Lý do lựa chọn Plaxis 2D vì phần mềm tích hợp mô hình đất Hardening Soil phản ánh chính xác quy luật ứng xử phi tuyến, sự phụ thuộc của mô-đun biến dạng vào mức ứng suất và sự khác biệt giữa quá trình gia tải và dỡ tải của đất sét mềm. Toàn bộ quá trình thu thập, xử lý dữ liệu và mô phỏng kiểm chứng được thực hiện trong khung thời gian từ tháng 2 năm 2020 đến tháng 8 năm 2020.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích thực nghiệm và mô phỏng số đã mang lại các phát hiện kỹ thuật quan trọng:

1. Hiện tượng đá chân cừ diễn ra rõ rệt ngay từ các giai đoạn đào sâu: Tại chu kỳ 37 (khi đào đến cao trình đáy đài móng), chân tường cừ Larsen dài 18 m bị dịch chuyển ngang vào trong hố đào một đoạn từ 8,5 mm đến 12,3 mm thay vì bằng 0 mm như giả định của thiết bị Inclinometer.
2. Số liệu đo đạc thô đánh giá thấp mức độ nguy hiểm: Giá trị chuyển vị ngang lớn nhất chưa hiệu chỉnh chỉ ghi nhận 21,3 mm. Sau khi thực hiện hiệu chỉnh theo mốc đỉnh cừ, chuyển vị ngang thực tế đạt 32,5 mm, tăng 52,5% so với số đọc ban đầu.
3. Sự tương đồng cao giữa hai phương pháp đề xuất: Phương pháp hiệu chỉnh dựa trên chuyển vị đỉnh tường đo bằng máy toàn đạc quang học và phương pháp hiệu chỉnh theo biến dạng đàn hồi của hệ thanh giằng trước khi kích hoạt cho kết quả sai lệch dưới 4,8% tại các chu kỳ đào sâu 8, 23 và 37.
4. Tỷ lệ chuyển vị cực đại trên chiều sâu hố đào sau hiệu chỉnh đạt 0,76%H. Con số này hoàn toàn nằm trong biên độ cảnh báo từ 0,5% đến 1,0%H theo tổng kết từ 530 dự án đất yếu của Moormann, trong khi giá trị thô 0,42%H đã phản ánh sai lệch mức độ an toàn của công trình.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến sai lệch lớn trong kết quả quan trắc Inclinometer là do lớp bùn sét yếu tại dự án có chỉ số SPT rất thấp (N dưới 2 búa), không đủ sức kháng cắt bị động để giữ cố định chân cừ khi đáy hố đào hạ sâu đến -7,5 m. Khi giải phóng tải trọng đất, đáy hố phình trồi kéo theo sự xoay và trượt tịnh tiến của toàn bộ thân cừ. Kết quả này tương thích với nghiên cứu của Chang-Yu Ou tại Đài Bắc và quy định của Cơ quan Quản lý Xây dựng Singapore (BCA), trong đó giới hạn chuyển vị cho phép với đất sét dẻo mềm loại B là 1,0%H.

Dữ liệu nghiên cứu được biểu diễn hiệu quả nhất qua biểu đồ quan hệ độ sâu - chuyển vị ngang dạng đường cong phân bố dọc theo chiều dài cừ 18 m, kết hợp bảng tổng hợp ma trận so sánh giữa giá trị thô, giá trị hiệu chỉnh phương án 1 (đỉnh tường), giá trị hiệu chỉnh phương án 2 (điểm giằng) và kết quả phần tử hữu hạn Plaxis 2D qua 4 chu kỳ đào chính. Kết quả đối chiếu khẳng định mô hình mô phỏng Plaxis 2D bám sát đường cong hiệu chỉnh với hệ số tương quan đạt trên 0,95, chứng minh tính tin cậy tuyệt đối của các phương pháp hiệu chỉnh đề xuất.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu, các giải pháp kỹ thuật cụ thể được khuyến nghị áp dụng cho các dự án thi công hố đào sâu trong khu vực đô thị:

1. Thiết lập quy trình hiệu chỉnh kép bắt buộc: Các đơn vị tư vấn quan trắc cần tích hợp mốc đo quang trắc độ chính xác cao tại đỉnh tường vây song song với đo Inclinometer ngay từ chu kỳ đào đầu tiên. Mục tiêu kiểm soát sai số tịnh tiến chân cừ dưới 2,0 mm trong suốt quá trình thi công.
2. Tăng chiều sâu ngàm tường vây vào tầng đất tốt: Đơn vị thiết kế cần tính toán chiều dài cừ hoặc tường barrette ngàm tối thiểu từ 3 m đến 5 m vào tầng cát chặt hoặc sét cứng có chỉ số SPT lớn hơn 15. Giải pháp này giúp triệt tiêu hiện tượng đá chân cừ, kiểm soát tỷ số chuyển vị ngang cực đại dưới ngưỡng 0,5%H trong giai đoạn lập hồ sơ kỹ thuật kéo dài từ 1 đến 2 tháng trước khi khởi công.
3. Lắp đặt cảm biến ứng suất giám sát hệ thanh giằng: Nhà thầu thi công cần gắn các đầu đo biến dạng dây rung trên hệ giằng H350 và H400 để theo dõi lực dọc theo tần suất 12 giờ một lần. Việc này giúp xác định chính xác độ co ngắn đàn hồi dưới 3 mm của thanh chống, phục vụ công tác hiệu chỉnh chuyển vị ngang theo phương pháp điểm giằng.
4. Ban hành hệ thống ngưỡng cảnh báo phân tầng: Chủ đầu tư và tư vấn giám sát cần thiết lập quy chế cảnh báo 3 cấp độ (Vàng tại 70%, Cam tại 85% và Đỏ tại 100% giới hạn chuyển vị 0,7%H theo chuẩn BCA) nhằm đưa ra biện pháp ứng phó kịp thời như hạ tải mặt đất xung quanh 1,5 m hoặc bổ sung thanh chống xiên trước khi xảy ra biến dạng nứt nẻ công trình lân cận.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang lại giá trị thực tiễn và học thuật cho 4 nhóm đối tượng:

1. Kỹ sư thiết kế địa kỹ thuật và kết cấu ngầm: Vận dụng quy trình phân tích để lựa chọn độ sâu ngàm tường chắn hợp lý, hiệu chỉnh thông số đầu vào cho mô hình số Plaxis 2D và Plaxis 3D, từ đó dự báo chính xác độ lún lệch và nội lực phát sinh trong công trình lân cận.
2. Kỹ sư quan trắc và trắc địa công trình: Áp dụng trực tiếp thuật toán và biểu mẫu hiệu chỉnh hình học nhằm loại bỏ sai số điểm chuẩn trong các báo cáo quan trắc định kỳ hàng tuần gửi chủ đầu tư.
3. Chỉ huy trưởng và cán bộ quản lý dự án thi công hầm: Nắm vững cơ chế làm việc của hệ cừ giằng và rủi ro chuyển vị hông để điều hành tiến độ đào đất theo từng phân đoạn (Zone), đảm bảo an toàn tuyệt đối cho các tòa nhà trong bán kính ảnh hưởng 2 lần chiều sâu hố đào.
4. Giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Công trình ngầm: Sử dụng làm tài liệu tham khảo chuyên sâu về phương pháp xử lý số liệu quan trắc thực tế kết hợp mô phỏng địa kỹ thuật nâng cao.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao số liệu đo Inclinometer thô thường nhỏ hơn chuyển vị thực tế của tường vây?

Thiết bị Inclinometer mặc định tính toán chuyển vị tích lũy dựa trên giả định đáy ống đo là điểm cố định có chuyển vị bằng 0. Trong nền đất yếu, chân tường cừ bị dịch chuyển ngang vào hố đào từ 8 mm đến 15 mm, khiến toàn bộ đường cong quan trắc bị tịnh tiến âm, làm giảm giá trị chuyển vị tổng thể so với thực tế.

Phương pháp hiệu chỉnh theo mốc đỉnh tường được thực hiện như thế nào?

Kỹ sư sử dụng máy toàn đạc điện tử hoặc máy thủy bình đo chuyển vị ngang thực tế tại đỉnh cừ so với mốc chuẩn ngoài phạm vi ảnh hưởng của hố đào. Sau đó, độ lệch giữa số đo quang trắc bề mặt và số đo Inclinometer tại đỉnh cừ được dùng làm giá trị tịnh tiến để cộng bù cho toàn bộ chiều sâu thân cừ.

Khi nào nên áp dụng phương pháp hiệu chỉnh theo điểm giằng chống?

Phương pháp này áp dụng tối ưu khi không thể dẫn mốc quang học để đo đỉnh cừ do vướng mặt bằng thi công. Dựa trên giả thiết chuyển vị ngang tại điểm giằng sau khi lắp đặt bằng độ biến dạng đàn hồi co ngắn của thép H350 hoặc H400 (thường rất nhỏ dưới 2 mm), giá trị này được dùng làm điểm kiểm soát để hiệu chỉnh số đo Inclinometer.

Chiều dày lớp đất sét yếu ảnh hưởng như thế nào đến mức độ sai số?

Tại các dự án có bề dày lớp bùn sét mềm từ 10 m đến 16 m, áp lực đất chủ động tác động lên thân cừ rất lớn trong khi sức kháng cắt đáy cừ rất nhỏ. Điều này khiến mức độ đá chân cừ tăng thêm từ 30% đến 50% so với nền đất cát, dẫn đến sai số quan trắc thô càng trở nên nghiêm trọng.

Phần mềm Plaxis 2D đóng vai trò gì trong việc đánh giá kết quả hiệu chỉnh?

Plaxis 2D sử dụng mô hình Hardening Soil để mô phỏng chính xác quá trình thi công đào dỡ tải và kích hoạt từng tầng thanh chống. Kết quả đường cong chuyển vị từ mô phỏng số đóng vai trò chuẩn đối sánh độc lập, khẳng định đường cong sau hiệu chỉnh phản ánh đúng quy luật cơ học của kết cấu chắn giữ.

Kết luận

• Nghiên cứu đã chứng minh rõ ràng hiện tượng dịch chuyển chân tường cừ trong nền đất sét yếu là nguyên nhân cốt lõi gây sai số nghiêm trọng cho thiết bị Inclinometer.
• Hai phương pháp hiệu chỉnh hình học dựa trên mốc đỉnh cừ và điểm nút giằng chống đã giải quyết triệt để sai số tịnh tiến, nâng độ chính xác của số liệu quan trắc lên trên 95%.
• Kết quả hiệu chỉnh tại dự án The Golden Star đã điều chỉnh chuyển vị ngang tối đa từ 21,3 mm lên 32,5 mm, đưa tỷ số biến dạng thực tế về mức 0,76%H phù hợp với thông lệ kỹ thuật quốc tế.
• Mô hình phần tử hữu hạn Plaxis 2D đóng vai trò công cụ kiểm chứng tin cậy với mức độ tương thích cao trên toàn bộ biểu đồ biến dạng theo chiều sâu 18 m.
• Toàn bộ quy trình hiệu chỉnh cần được chuẩn hóa và áp dụng bắt buộc trong vòng 3 đến 6 tháng tới cho mọi dự án hố đào sâu đô thị trên nền đất yếu.

Các kỹ sư và nhà thầu hãy áp dụng ngay quy trình hiệu chỉnh này vào công tác quan trắc thực tế để nâng cao độ an toàn và bảo vệ toàn diện các công trình xây dựng ngầm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Các công trình xây dựng lớn hiện nay thường gắn liền với việc đào sâu trong đất như tầng hầm cho các tòa nhà hay hố móng và các công trình thủy lợi. Do khu vực thành phố Hồ Chí Minh và Đồng Bằng sông Cửu Long phổ biến lớp đất yếu trên bề mặt dưới dạng sét mềm bão hòa nước nên trong công tác đào sâu trong đất cần thiết bố trí các biện pháp chống giữ. Việc tính toán chuyển vị ngang của tường chắn gặp nhiều sai sót bởi vì các hạn chế về hiểu biết ứng xử của đất đá và đưa vào các giả thiết tính toán gần đúng. Vì vậy cần cần thiết quan trắc hiện trường để đánh giá thực tế của biện pháp thi công là cần thiết.

Để có được kết quả quan trắc đúng với thực tế cần hiểu biết những sai số trong phương pháp đo và hiệu chỉnh lại kết quả đó. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thiết bị đo đạc quan trắc chuyển vị ngang trong nền đất được sử dụng hiện nay thường là Inclinometer. Trong thực tế, việc đo chuyển vị ngang thường được sử dụng để đánh giá mức độ chuyển vị ngang của nền đất yếu dưới công trình đắp trong xử lí nền đất bằng phương pháp bấc thấm kết hợp gia tải trước. Trong trường hợp này, chuyển vị trong nền đất yếu thường rất lớn và lớn hơn đáng kể so với trong lớp đất tốt bên dưới.

Do đó, trong đo đạc, ống được hạ vào đất cho đến độ sâu có sự xuất hiện lớp đất tốt. Điểm cuối của ống đo trong lớp đất tốt được xem là điểm chuẩn và được lấy làm mốc và xem chuyển vị ngang và đứng bằng không. Kết quả đo đạc chuyển vị ngang theo độ sâu chính là giá trị tương đối so với điểm chuẩn này. Trong trường hợp quan trắc chuyển vị ngang của tường vây, nguyên tắc sử dụng đánh giá chuyển vị ngang được sử dụng cũng tương tự như trường hợp nền đất yếu xử lí gia tải trước.

Trong một số trường hợp do tường vây không xuyên qua hết lớp đất yếu hoặc độ sâu đào xấp xỉ chiều dài tường vây thì chuyển vị chân tường 2 vây có thể xảy ra và kết quả chuyển vị ngang của tường vây từ đo đạc có thể không phù hợp với thực tế. Để đánh giá đúng đắn quy luật và giá trị chuyển vị ngang của tường vây trong trường hợp này ta cần thiết phải hiệu chỉnh kết quả đo đạc. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Phân tích hiệu chỉnh chuyển vị ngang tường vây bằng cừ thép khi chân tường vây nằm trong lớp đất yếu. NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI Hiệu chỉnh kết quả đo đạc chuyển vị ngang căn cứ vào mốc đo đỉnh tường vây.

Hiệu chỉnh kết quả đo đạc chuyển vị ngang dựa trên giả thiết biến dạng thanh giằng không đáng kể. Mô phỏng đánh giá chuyển vị ngang của tường vây bằng phần mềm Plaxis 2D phục vụ phân tích và đánh giá mức độ tin cậy của phương pháp hiệu chỉnh đề nghị. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Kết quả thực tiễn từ hiện trường - Tổng hợp hiệu chỉnh bằng hình học - Mô phỏng bằng phần mềm - So sánh đưa ra kết luận cuối cùng Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN Việc phân tích kết quả quả đo đo chuyển vị ngang tường chắn bằng Inclinometter để tìm ra các sai khác với kết quả thực sự, từ đó hiệu chỉnh kết quả đo là rất cần thiết. Bởi vì đối với các các biện pháp hố đào sâu ở các vùng đất yếu chuyển vị ngang tường chắn sẽ rất lớn và gây nguy hiểm tới các công trình lân cận 3 cũng như hố đào.

Tóm lại, việc phân tích hiệu chỉnh kết quả đo chuyển vị ngang của tường chắn trong hố đào sâu là quan trọng. TỔNG QUAN HỐ ĐÀO SÂU VÀ MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG LÊN CHUYỂN VỊ NGANG TƯỜNG VÂY HỐ ĐÀO 1. ĐẶC ĐIỂM HỐ ĐÀO SÂU Hố đào sâu là loại công trình đặc biệt, việc thiết kế, thi công các kết cấu chắn giữ hố đào sâu rất đa dạng và luôn tiềm ẩn nhiều sự cố công trình vì nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. Kết quả khảo sát địa chất, mô hình tính toán, loại kết cấu chắn giữ, phương pháp thiết kế, phương pháp thi công, năng lực tổ chức thi công, điều kiện công trường.

ảnh hưởng đến chất lượng công trình hố đào sâu. Điều kiện địa chất của nền đất biến đổi trong phạm vi khá rộng, ẩn giấu nhiều rủi ro, đặc biệt là trong điều kiện đất yếu, mực nước ngầm cao và các điều kiện hiện trường phức tạp dễ sinh ra trượt lở đất, mất ổn định hố đào, chuyển dịch tường chắn, trồi hố móng có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến các công trình xây dựng, các đường ống, công trình ngầm ở xung quanh. Do đó, khi thiết kế thi công các công trình loại này, cần phải phân tích lựa chọn tối ưu hóa và có hệ thống cho hàng loạt các công việc như công tác khảo sát phục vụ thiết kế, xác định mô hình tính toán phù hợp, giải pháp thi công xây dựng, giải pháp quan trắc đo đạc chuyển vị và biến dạng kết cấu chắn giữ cũng như quan trắc các công trình lân cận trong suốt quá trình thi công. Thi công hố đào có thể coi là một bài toán dỡ tải đối với nền đất.

Việc dỡ tải này làm thay đổi trạng thái ứng suất biến dạng trong nền. Sự cân bằng ban đầu bị thay đổi, trạng thái ứng suất thay đổi làm xuất hiện nguy cơ mất ổn định, trước hết là thành hố và sau đó là đáy hố và đất xung quanh. Khi nghiên cứu sự ổn định của hố đào và các biện pháp bảo vệ nó, Terzaghi (1943) đánh giá chiều sâu hố đào là yếu tố quan trọng nhất và đưa ra tiêu chí: - Hồ đào nông là hố có chiều sâu nhỏ hơn chiều rộng của hố; - Hố đào sâu là hố có chiều sâu lớn hơn chiều rộng của hố. Nhưng sau đó năm 1967, Teraghi và Peck, và năm 1969 Peck và các cộng sự đề nghị là: 5 - Hố đào nông là hố có chiều sâu đào nhỏ hơn 6 m; - Hố đào sâu là hố có chiều sâu đào lớn hơn 6 m.

Trong địa kỹ thuật hiện nay, khi có nhiều công trình hầm được xây dựng chen trong các khu đô thị việc đảm bảo các ảnh hưởng thấp nhất của hố đến các công trình xung quanh khiến không còn khái niệm hố nông hay hố sâu nữa mà chỉ còn một khái niệm duy nhất là thi công hố đào. Đào hố móng cho các công trình có tầng hầm trong điều kiện đất yếu, mực nước ngầm cao và nhiều điều kiện thường phức tạp khác, có thể gây mất ổn định hố đào, phình trồi đáy hố đào, kết cấu chắn giữ bị hư hỏng nặng…. làm hư hại hố móng, ảnh hưởng nghiêm trọng các công trình ngầm và đường ống xung quanh. Vì vậy, 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 và chuyển vị ngang quá mức.

CÁC YẾU TỐ ĐỊA KỸ THUẬT ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÔNG TRÌNH HỐ ĐÀO SÂU Tùy theo các vùng đất nền khác nhau mà các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng của đất xung quanh hố đào sâu sẽ không giống nhau. Có thể kể đến: Đặc tính của đất: Chuyển vị ngang của tường chắn phụ thuộc vào độ bền của đất, chuyển vị ngang của tường chắn, độ lún bề mặt đất sét cứng và đất rời nhỏ hơn so với đất sét mềm yếu. Ứng suất ngang ban đầu: khi đào đất với giá trị hệ số áp lực ngang ban đầu của đất K0 lớn, chuyển dịch của đất và tường lớn, thậm chí cả khi đào nông. Kích thước hố móng: hình dạng, diện tích mặt bằng, độ sâu hố móng đều có ảnh hưởng tới sự mở rộng và sự phân bố dịch chuyển đất xung quanh và bên dưới đáy hố móng với những điều kiện đất nền nhất định.

Điều kiện nước dưới đất: Sự thay đổi mực nước ngầm ảnh hưởng đến ổn định của tường chắn cùng hệ chống đỡ và độ lún của các công trình xung quanh. 6 Chênh lệch áp lực nước ở phía ngoài và phía trong hố đào có thể gây ra hiện tượng bùng nền, cát chảy… ở đáy hố đào. Ảnh hưởng do sử dụng biện pháp thi công, trình tự và thời gian thi công, tính chất và quy mô của công trình lân cận. Ảnh hưởng của sự thay đổi điều kiện ứng suất trong đất nền: Khi đào đất, cả ứng suất theo phương đứng và theo phương ngang đều giảm đi và thay đổi sự cân bằng áp lực nước lỗ rỗng trong đất, một trong những hiệu ứng quan trọng nhất của quá trình này là chuyển vị của đất nền ở đáy và xung quanh hố đào.

CÁC HIỆN TƯỢNG XẢY RA KHI THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU Công trình hố đào sâu bao gồm nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau như chắn đất, ngăn nước, hạ mực nước ngầm, đào đất… trong đó, một khâu nào đó thất bại sẽ dẫn đến cả công trình bị đổ 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. Một số hiện tượng thường xảy ra với hố đào sâu như sau: - Mất ổn định thành hố đào - Hiện tượng lún bề mặt xung quanh hố đào - Hiện tượng bùng nền đáy hố đào - Nước ngầm tràn vào hố đào Khi đào đất sẽ làm thay đổi trạng thái ứng suất - biến dạng của đất tự nhiên dưới tác dụng trọng lượng bản thân của đất. Đáy hố đào được giải phóng khỏi tải trọng đứng nên sẽ trồi lên phía trên còn áp lực ngang của đất quanh tường chắn sẽ gây ra chuyển vị ngang của tường.

Việc tính toán hố đào hiện nay thường sử dụng các số liệu địa chất với các lộ trình ứng suất nén một trục hoặc ba trục thông thường, các thông số từ các thí nghiệm này chưa mô phỏng sát thực quan hệ ứng suất – biến dạng của vùng đất xung quanh hố đào trong quá trình đào đất. Do đó, 7 kết quả tính toán dự báo còn khác biệt so với quan trắc thực tế ngoài công trường, gây kém an toàn và đặc biệt ảnh hưởng lớn đến chỉ tiêu về kinh tế. PHÂN LOẠI HỐ ĐÀO SÂU 1. Phân loại theo phương thức đào a) Đào không chắn giữ - Đào thẳng đứng.