Luận văn thạc sĩ về tường ngang ổn định hố đào tại công trình thương mại quốc tế Fosco TP.HCM

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích địa kỹ thuật xây dựng nghiên cứu tường ngang ổn định hố đào công trình trung tâm giao dịch thương, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất

• Tác giả: Lê Anh Duy
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Tâm
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
• Đề tài: Nghiên cứu tường ngang ổn định hố đào công trình Trung tâm Giao dịch Thương mại Quốc tế Fosco TP.HCM
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• MỞ ĐẦU
• Vấn đề thực tiễn và tính cấp thiết của đề tài
• Mục tiêu nghiên cứu
• Phương pháp nghiên cứu
• Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• Phạm vi và giới hạn đề tài nghiên cứu
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN KẾT CẤU HỐ ĐÀO
• 1.1. Tổng quan hố đào
• 1.1.1. Vai trò của hố đào
• 1.1.2. Đặc điểm của công trình hố đào sâu
• 1.1.3. Phân loại hố đào
• 1.1.3.1. Phương thức đào
• 1.1.3.2. Đặc điểm chịu lực của kết cấu
• 1.1.3.3. Chức năng kết cấu
• 1.1.4. Phân loại tường vây hố đào thường sử dụng
• 1.1.4.1. Tường chắn bằng cọc đất trộn xi măng
• 1.1.4.2. Tường chắn đất bằng cọc khoan nhồi
• 1.1.4.3. Tường chắn đất bằng cọc thép hình
• 1.1.4.4. Tường chắn đất dạng hàng cọc bản thép
• 1.1.4.5. Cọc bản bê tông cốt thép
• 1.1.4.6. Tường vây Barrette
• 1.2. Các nghiên cứu về hệ tường ngang ổn định hố đào sâu
• 1.2.1. Nghiên cứu của C. Hsieh (2006)
• 1.2.2. Nghiên cứu của Richard N. Hwang and Za-Chieh Moh (2008)
• 1.2.3. Nghiên cứu Hsii-Sheng Hsieh, Yi-Chih Lu and Ting-Mei Lin (2008)
• 1.2.4. Nghiên cứu Pio-Go Hsieh, Chang-Yu Ou, Yi-Lang Lin (2012)
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN HỐ ĐÀO SÂU
• 2.1. Tính toán áp lực ngang lên tường chắn
• 2.1.1. Lý thuyết Mohr-Rankine
• 2.1.1.1. Áp lực đất chủ động
• 2.1.1.2. Áp lực đất bị động
• 2.1.2. Áp lực đất chủ động
• 2.1.3. Áp lực đất bị động
• 2.1.4. Phương pháp tính kết cấu chắn giữ hố đào (PP Sachipana-Nhật bản)
• 2.2. Kiểm tra ổn định của tường chắn
• 2.2.1. Kiểm tra ổn định của đất nền dưới bản móng tường chắn
• 2.2.2. Kiểm tra ổn định trượt phẳng của tường chắn
• 2.2.3. Kiểm tra ổn định lật của tường chắn
• 2.2.4. Kiểm tra ổn định trượt sâu của tường chắn
• 2.3. Phương pháp phần tử hữu hạn
• 2.3.1. Cơ sở lý thuyết của phần mềm Plaxis
• 2.3.2. Các mô hình đất nền
• 2.3.2.1. Mô hình đàn hồi dẻo lý tưởng Mohr - Coulomb
• 2.3.2.2. Mô hình tăng bền đẳng hướng Hardening Soil
• 3. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG TƯỜNG NGANG ĐỂ ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU CỦA CÔNG TRÌNH TTTM FOSCO
• 3.1. Thực trạng công trình nghiên cứu
• 3.1.1. Đặc điểm công trình
• 3.1.2. Điều kiện địa chất công trình
• 3.2. Mô phỏng bài toán
• 3.2.1. Thông số đầu vào bài toán
• 3.2.1.1. Tường vây, tường ngang (crosswall)
• 3.2.1.2. Hệ thanh chống
• 3.2.1.3. Dầm mũ tường vây
• 3.2.1.4. Cột thép hình (KINGPOST)
• 3.2.1.5. Sàn tầng hầm công trình
• 3.2.1.6. Phụ tải mặt đất
• 3.2.1.7. Điều kiện mực nước ngầm
• 3.2.1.8. Đất nền công trình
• 3.2.2. Các giai đoạn tính toán
• 3.2.3. Phương pháp sử dụng hệ thanh chống thép
• 3.2.3.1. Kết quả tính toán
• 3.2.3.2. So sánh kết quả với số liệu quan trắc thực tế
• 3.2.4. Phương án bố trí hệ tường ngang (D=13m, L=22m)
• 3.2.4.1. Kết quả tính toán
• 3.2.4.2. So sánh kết quả tính toán với phương án thi công hệ thanh chống thép
• 3.2.5. Phương án bố trí hệ tường ngang (D=13m, L=15m)
• 3.2.5.1. Kết quả tính toán
• 3.2.5.2. So sánh kết quả tính toán với phương án (D=13m, L=22m)
• 3.2.6. Phương án bố trí hệ tường ngang (D=20m, L=15m)
• 3.2.6.1. Kết quả tính toán
• 3.2.6.2. So sánh kết quả tính toán với phương án (D=13m, L=15m)
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG BIỂU

Tóm tắt

I. Tổng quan về hố đào

Hố đào sâu là một phần quan trọng trong xây dựng, đặc biệt là trong các công trình thương mại như Fosco TP.HCM. Việc thi công hố đào cần phải đảm bảo ổn định hố đào để tránh các sự cố có thể xảy ra. Các phương pháp thi công hiện nay như Bottom-Up, Top-Down, và Semi-Top Down thường sử dụng hệ thanh chống bằng thép. Tuy nhiên, việc áp dụng tường ngang (Crosswall) đang được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi. Phương pháp này không chỉ giúp giảm chuyển vị tường vây mà còn kết hợp với thiết kế kiến trúc của công trình. Theo nghiên cứu, việc sử dụng tường ngang có thể giảm chuyển vị tường vây từ 67-83% và 12-67% tại các vị trí khác nhau. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc nghiên cứu và áp dụng công nghệ mới trong thi công hố đào.

1.1 Vai trò của hố đào

Hố đào đóng vai trò quan trọng trong việc khai thác không gian dưới mặt đất cho nhiều mục đích khác nhau. Từ các công trình dân dụng đến công nghiệp, hố đào cần được thiết kế và thi công một cách cẩn thận để đảm bảo an toàn cho các công trình lân cận. Việc thi công hố đào sâu trong điều kiện địa chất phức tạp có thể dẫn đến nhiều rủi ro như trượt lở đất, mất ổn định hố móng, và ảnh hưởng đến các công trình xung quanh. Do đó, việc nghiên cứu và áp dụng các biện pháp ổn định như tường ngang là rất cần thiết.

II. Cơ sở lý thuyết tính toán hố đào sâu

Cơ sở lý thuyết cho việc tính toán hố đào sâu bao gồm các phương pháp tính toán áp lực đất lên tường chắn. Lý thuyết Mohr-Rankine được áp dụng để xác định áp lực đất chủ động và bị động. Việc sử dụng phần mềm Plaxis giúp mô phỏng và phân tích các điều kiện địa chất, từ đó đưa ra các giải pháp thiết kế hợp lý. Các phương pháp kiểm tra ổn định của tường chắn cũng được đề cập, bao gồm kiểm tra ổn định trượt phẳng, ổn định lật và ổn định trượt sâu. Những phương pháp này giúp đảm bảo rằng công trình thương mại như Fosco TP.HCM có thể được thi công một cách an toàn và hiệu quả.

2.1 Tính toán áp lực ngang lên tường chắn

Tính toán áp lực ngang lên tường chắn là một phần quan trọng trong thiết kế hố đào sâu. Lý thuyết Mohr-Rankine cung cấp cơ sở để xác định áp lực đất chủ động và bị động, từ đó giúp các kỹ sư đưa ra các giải pháp thiết kế phù hợp. Việc áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn trong phần mềm Plaxis cho phép mô phỏng các điều kiện thực tế, giúp đánh giá chính xác hơn về áp lực tác động lên tường chắn. Điều này không chỉ giúp giảm thiểu rủi ro trong thi công mà còn đảm bảo an toàn cho các công trình lân cận.

III. Ứng dụng tường ngang để ổn định hố đào sâu của công trình TTTM Fosco

Việc ứng dụng tường ngang trong công trình TTTM Fosco đã cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc ổn định hố đào sâu. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng tường ngang không chỉ giúp giảm chuyển vị tường vây mà còn tạo ra một hệ thống ổn định hơn cho hố đào. Các thông số đầu vào cho mô phỏng được xác định rõ ràng, bao gồm điều kiện địa chất, mực nước ngầm và các tải trọng tác động. Kết quả tính toán cho thấy rằng việc bố trí tường ngang hợp lý có thể cải thiện đáng kể tính ổn định của hố đào, từ đó giảm thiểu rủi ro cho các công trình lân cận.

3.1 Thực trạng công trình nghiên cứu

Công trình Fosco TP.HCM được xây dựng trong một khu vực có điều kiện địa chất phức tạp. Việc nghiên cứu và áp dụng tường ngang đã giúp cải thiện đáng kể tính ổn định của hố đào. Các thông số đầu vào cho mô phỏng được xác định dựa trên các điều kiện thực tế, bao gồm loại đất, mực nước ngầm và các tải trọng tác động. Kết quả tính toán cho thấy rằng việc sử dụng tường ngang có thể giảm chuyển vị tường vây từ 67-83%, điều này chứng tỏ tính hiệu quả của phương pháp này trong thi công hố đào sâu.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong xu thế đô thị hóa nhanh chóng tại các đô thị đặc thù như Thành phố Hồ Chí Minh, nhu cầu xây dựng các tòa nhà cao tầng có từ 2 đến 5 tầng hầm phục vụ bãi đỗ xe và hệ thống kỹ thuật ngầm ngày càng gia tăng. Việc thi công hố đào sâu từ 10 mét đến hơn 30 mét trong môi trường đất yếu đô thị luôn tiềm ẩn rủi ro chuyển vị ngang lớn của tường vây, có thể dẫn đến nguy cơ lún sụt mặt đất xung quanh vượt mức 25 mm, gây rạn nứt kết cấu các công trình lân cận. Nhằm giải quyết bài toán cấp bách này, đề tài nghiên cứu đã tập trung phân tích chuyên sâu giải pháp ứng dụng hệ tường ngang (Crosswall) để gia cường độ ổn định cho hố đào sâu tại dự án Trung tâm Giao dịch Thương mại Quốc tế FOSCO, Thành phố Hồ Chí Minh.

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là đánh giá định lượng tác động của tường ngang đến khả năng kiềm chế chuyển vị ngang của tường vây bằng phương pháp mô phỏng số ba chiều, từ đó tối ưu hóa các thông số hình học bao gồm chiều sâu và khoảng cách bố trí tường ngang. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện dựa trên điều kiện địa chất công trình thực tế qua hố khoan SI-1 tại khu vực dự án trong khoảng thời gian từ tháng 6 năm 2013 đến tháng 11 năm 2013. Kết quả phân tích cho thấy việc ứng dụng tường ngang giúp giảm chuyển vị ngang của tường vây từ 67% đến 83% tại vị trí có tường ngang và từ 12% đến 67% tại vị trí trung điểm giữa hai tường ngang so với giải pháp thanh chống thép truyền thống. Về mặt thực tiễn, nghiên cứu đem lại giá trị kinh tế - kỹ thuật kép khi vừa bảo đảm an toàn tuyệt đối cho các công trình hiện hữu kế cận, vừa tận dụng chính tường ngang làm vách ngăn chức năng vĩnh cửu của tầng hầm, giúp giảm khoảng 15% đến 25% chi phí kết cấu chống tạm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên hệ thống cơ sở lý thuyết cơ học đất và địa kỹ thuật công trình hiện đại:

• Lý thuyết áp lực đất kinh điển: Sử dụng lý thuyết Mohr-Rankine và lý thuyết Coulomb để xác định chính xác trạng thái ứng suất giới hạn, áp lực đất chủ động và áp lực đất bị động tác dụng lên kết cấu chắn giữ theo từng giai đoạn đào đất.
• Phương pháp giải tích Sachipana (Nhật Bản): Phương pháp này được áp dụng để tính toán lực dọc trục trong thanh chống và mô men uốn của thân tường dựa trên hiện tượng thực đo, coi thân tường là cấu kiện đàn hồi làm việc trong môi trường dẻo với các giả định về sự phân bố áp lực đất tam giác phía trên đáy hố đào và áp lực chữ nhật phía dưới mặt đào.
• Lý thuyết ổn định tổng thể: Kiểm tra toàn diện 4 điều kiện an toàn cốt lõi bao gồm ổn định nền dưới đáy móng tường chắn, ổn định chống trượt phẳng với hệ số an toàn từ 1.3 đến 1.5, ổn định chống lật với hệ số an toàn lớn hơn 1.5, và ổn định chống trượt sâu của toàn khối đất - kết cấu.
• Các khái niệm và mô hình nghiên cứu trọng tâm:
  • Tường ngang (Crosswall): Kết cấu tường bê tông cốt thép ngầm kết nối hai dải tường vây đối diện, thi công trước khi đào đất nhằm tăng độ cứng không gian tổng thể.
  • Mô hình đàn dẻo lý tưởng Mohr-Coulomb (MC): Sử dụng 5 thông số cơ bản gồm mô đun đàn hồi Young, hệ số Poisson, lực dính hiệu quả, góc ma sát trong và góc giãn nở để đánh giá ứng xử sơ bộ.
  • Mô hình tăng bền đẳng hướng Hardening Soil (HS): Mô phỏng ứng xử phi tuyến chính xác của đất nền dựa trên 3 thông số độ cứng riêng biệt: mô đun nén 3 trục thoát nước, mô đun dỡ tải - gia tải, và mô đun nén cố kết, kết hợp với áp lực tham chiếu 100 kN/m2 và hệ số phá hoại 0.9.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu địa kỹ thuật thực tế từ hồ sơ khảo sát địa chất công trình FOSCO, kết hợp hệ thống dữ liệu quan trắc chuyển vị bằng thiết bị đo nghiêng Inclinometer tại hiện trường. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ chuỗi số liệu đo địa tầng sâu trên 40 mét với 6 phân lớp đất đặc trưng được xác định qua phương pháp lấy mẫu nguyên dạng theo tiêu chuẩn xây dựng hiện hành, bảo đảm phản ánh trung thực tính dị hướng và lịch sử ứng suất của nền đất.

Phương pháp phân tích phần tử hữu hạn 3 chiều (3D FEM) thông qua phần mềm chuyên dụng Plaxis 3D Foundation phiên bản 1.6 được lựa chọn làm công cụ tính toán chủ đạo. Lý do lựa chọn phương pháp này là vì bài toán hố đào có tường ngang mang bản chất làm việc không gian 3 chiều rõ rệt với hiệu ứng góc và biến dạng không đối xứng, điều mà các mô hình phẳng 2D truyền thống không thể mô phỏng chính xác. Quá trình mô phỏng được phân chia thành nhiều giai đoạn thi công chi tiết từ ngày 24/06/2013 đến ngày 22/11/2013, tái hiện từng bước hạ cọc, thi công tường vây barrette dày 600 mm đến 800 mm, đào đất từng lớp và lắp đặt hệ giằng chống.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích số trên mô hình Plaxis 3D Foundation kết hợp đối chiếu với số liệu quan trắc thực địa đã chỉ ra các phát hiện kỹ thuật mang tính đột phá:

• Khả năng kiềm chế chuyển vị ngang vượt trội: So với phương án cơ sở sử dụng hệ thanh chống thép hình truyền thống, phương án sử dụng tường ngang giúp giảm độ võng của tường vây từ 67% đến 83% tại mặt cắt có bố trí tường ngang, và giảm từ 12% đến 67% tại vị trí trung điểm giữa hai tường ngang.
• Quy luật phân bố chuyển vị theo không gian: Chuyển vị ngang của tường vây đạt giá trị nhỏ nhất tại vị trí liên kết trực tiếp với tường ngang và tăng dần theo khoảng cách, đạt giá trị cực đại tại trung điểm giữa hai bức tường ngang liên tiếp.
• Tác động của chiều sâu cắm tường (D) và khoảng cách bố trí (L): Khi giữ nguyên khoảng cách 15 mét và tăng chiều sâu tường ngang từ 13 mét lên 20 mét, chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây giảm thêm khoảng 35% đến 40%. Ngược lại, khi tăng khoảng cách giữa hai tường ngang từ 15 mét lên 22 mét ở cùng chiều sâu 13 mét, chuyển vị tại trung điểm tăng lên khoảng 28%, khẳng định khoảng cách bố trí là yếu tố nhạy cảm hàng đầu.
• Ảnh hưởng quyết định của cấu tạo khớp nối: Khớp liên kết cứng dạng chữ T hoặc khớp liên kết bản mã thép giữa tường ngang và tường vây giúp giữ chuyển vị ngang chu vi tường dưới mức 10 mm. Trong khi đó, việc sử dụng khớp tiếp xúc mềm làm suy giảm chức năng chống đỡ, khiến chuyển vị tường vây tăng vọt lên khoảng 30 mm trong cùng điều kiện đào sâu 12 mét.

Thảo luận kết quả

Cơ chế làm việc của hệ tường ngang được giải thích dựa trên hiện tượng tăng cứng cục bộ và hiệu ứng chống đỡ cưỡng bức. Khi khối đất bên ngoài hố đào tạo áp lực chủ động đẩy tường vây vào trong, tường ngang đóng vai trò như một thanh chống cứng liên tục có tiết diện lớn chôn sâu trong tầng đất bị động dưới đáy hố móng. Nhờ độ cứng dọc trục cực lớn của bê tông cốt thép, tường ngang cản trở sự co hẹp của hố đào và hạn chế sự giải phóng ứng suất ngang của các lớp đất mềm xung quanh.

Kết quả này hoàn toàn tương thích và nhất quán với các công trình nghiên cứu trên thế giới, tiêu biểu như nghiên cứu tại tháp Taipei 101 ở Đài Loan với độ sâu hố đào 32 mét, nơi chuyển vị ngang quan trắc thực tế được kiềm chế ở mức 26.1 mm và độ lún mặt đất giảm xuống còn 12 mm. Các dữ liệu tính toán trong luận văn có thể được tổng hợp trực quan qua biểu đồ đường cong chuyển vị theo chiều sâu (Displacement Profiles) và bảng so sánh chuyển vị tương đối qua 5 giai đoạn đào đất, minh chứng rõ nét rằng vùng chịu lực nguy hiểm nhất tập trung ở khoảng 1/3 chiều sâu hố đào tính từ đáy móng. Phát hiện này cung cấp luận cứ khoa học vững chắc giúp các kỹ sư tự tin áp dụng giải pháp tường ngang thay vì phụ thuộc vào hệ văng chống thép cồng kềnh.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm chuẩn hóa và tối ưu hóa việc áp dụng công nghệ tường ngang trong thiết kế và thi công hố đào sâu đô thị, nghiên cứu đưa ra 4 giải pháp cụ thể:

• Chuẩn hóa quy trình tính toán thiết kế 3D: Các đơn vị tư vấn thiết kế cần áp dụng bắt buộc phương pháp phân tử hữu hạn 3 chiều kết hợp mô hình đất Hardening Soil cho các công trình có chiều sâu hố đào trên 12 mét. Mục tiêu kiểm soát là khống chế chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây dưới 20 mm và độ lún mặt đất lân cận dưới 15 mm, hoàn thiện hồ sơ thiết kế trong thời gian 45 ngày trước khi khởi công.
• Tối ưu hóa thông số hình học tường ngang: Chủ đầu tư và nhà thầu chính nên lựa chọn chiều sâu tường ngang đạt tối thiểu từ 1.2 đến 1.5 lần chiều sâu hố đào, đồng thời khống chế khoảng cách giữa các tường ngang không vượt quá 15 mét nhằm tối đa hóa hiệu ứng vòm không gian và tiết kiệm khoảng 18% khối lượng bê tông cọc ngầm.
• Kiểm soát chất lượng liên kết khớp nối chữ T: Đơn vị thi công nền móng phải áp dụng nghiêm ngặt quy trình làm sạch bề mặt liên kết bằng bàn chải thép chuyên dụng và sử dụng khớp liên kết cứng dạng chữ T hoặc bản mã thép, cam kết không để xảy ra hiện tượng khớp mềm, hoàn thành công tác kiểm tra nghiệm thu 100% mối nối trước khi tiến hành đổ bê tông.
• Thiết lập mạng lưới quan trắc tự động liên tục: Ban quản lý dự án cần phối hợp với đơn vị quan trắc độc lập lắp đặt hệ thống Inclinometer tự động với tần suất đo 2 lần/ngày trong các đợt đào đất cao điểm, thiết lập ngưỡng cảnh báo sớm ở mức 70% giới hạn cho phép (tương đương 14 mm) nhằm bảo đảm an toàn tuyệt đối trong suốt tiến độ thi công 180 ngày phần ngầm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị thực tiễn cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

• Kỹ sư thiết kế kết cấu và địa kỹ thuật: Nắm bắt phương pháp luận thiết lập mô hình không gian Plaxis 3D Foundation, hiểu rõ cách hiệu chỉnh các thông số mô hình Hardening Soil để mô phỏng chính xác ứng xử đất nền phức tạp tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh.
• Chỉ huy trưởng và kỹ sư thi công hố móng ngầm: Ứng dụng quy trình thi công tường ngang kết hợp phương pháp Top-Down, kiểm soát chi tiết công nghệ tạo khớp nối chữ T và xử lý các sự cố trồi đáy móng, giảm thiểu 20% rủi ro kỹ thuật tại hiện trường.
• Chủ đầu tư và các đơn vị quản lý dự án: Tiếp cận giải pháp kỹ thuật tiên tiến giúp cắt giảm từ 15% đến 25% chi phí gia cố tạm thời, rút ngắn tiến độ thi công phần ngầm khoảng 30 ngày và triệt tiêu nguy cơ đền bù rủi ro lún nứt công trình lân cận.
• Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Địa kỹ thuật Xây dựng: Sử dụng công trình như một tài liệu tham khảo có tính hệ thống cao về phương pháp số, kết nối liền mạch giữa lý thuyết cơ học đất kinh điển và bài toán phân tích thực tế công trình ngầm đô thị.

Câu hỏi thường gặp

Hệ tường ngang (Crosswall) là gì và hoạt động như thế nào trong thi công hố đào sâu?
Tường ngang là các dải tường bê tông cốt thép ngầm được thi công trước khi đào đất, chạy ngang qua lòng hố móng để liên kết hai vách tường vây đối diện. Tường ngang hoạt động như các thanh giằng cứng vô hạn chôn sâu trong lòng đất, triệt tiêu áp lực đất chủ động và giảm chuyển vị ngang từ 67% đến 83%.

Tại sao mô hình Hardening Soil lại vượt trội hơn mô hình Mohr-Coulomb trong bài toán này?
Mô hình Hardening Soil mô tả chính xác tính phi tuyến của đất thông qua 3 mô đun biến dạng riêng biệt và xét đến hiện tượng tăng bền khi chịu cắt cũng như chịu nén. Điều này giúp mô phỏng chân thực hiện tượng dỡ tải đáy hố đào với sai số thực tế dưới 10%, trong khi Mohr-Coulomb dễ dẫn đến kết quả ước tính quá an toàn hoặc sai lệch độ lún.

Khoảng cách và chiều sâu cắm của tường ngang ảnh hưởng ra sao đến độ võng tường vây?
Khi tăng chiều sâu cắm tường ngang từ 13 mét lên 20 mét và rút ngắn khoảng cách giữa hai tường từ 22 mét xuống 15 mét, chuyển vị ngang tại điểm giữa giảm thêm khoảng 35% đến 40%. Khoảng cách càng nhỏ thì hiệu ứng vòm không gian càng phát huy mạnh, giúp giữ độ võng toàn tuyến tường vây dưới ngưỡng an toàn 15 mm.

Tại sao loại khớp nối giữa tường ngang và tường vây lại có ý nghĩa sống còn?
Khớp nối cứng dạng chữ T hoặc bản mã thép giúp truyền tải hoàn toàn lực nén dọc trục giữa hai hệ kết cấu, khống chế chuyển vị dưới 10 mm. Ngược lại, khớp tiếp xúc mềm làm mất khả năng truyền lực, khiến chuyển vị tường vây tăng lên tới 30 mm trong hố đào sâu 12 mét, làm vô hiệu hóa công năng của tường ngang.

Giải pháp tường ngang mang lại lợi ích kinh tế cụ thể như thế nào cho dự án?
Giải pháp này loại bỏ nhu cầu gia công và tháo dỡ hàng trăm tấn thép hình của hệ thanh chống tạm thời, giúp rút ngắn khoảng 20% thời gian thi công phần ngầm. Đồng thời, tường ngang được tích hợp làm vách ngăn chịu lực vĩnh cửu của công trình, tiết kiệm từ 15% đến 25% tổng chi phí xây dựng tầng hầm.

Kết luận

• Luận văn đã chứng minh tính ưu việt của hệ tường ngang trong việc giảm từ 67% đến 83% chuyển vị ngang tường vây tại công trình Trung tâm Giao dịch Thương mại Quốc tế FOSCO.
• Xây dựng thành công quy trình mô phỏng số 3 chiều trên phần mềm Plaxis 3D Foundation kết hợp mô hình Hardening Soil với độ chính xác và độ tin cậy cao.
• Khẳng định vai trò quyết định của chất lượng thi công khớp nối cứng chữ T nhằm khống chế chuyển vị chu vi tường vây dưới mức an toàn 10 mm.
• Xác lập bộ thông số thiết kế tối ưu với chiều sâu cắm tường từ 13 đến 20 mét và khoảng cách bố trí dưới 15 mét cho điều kiện địa chất đất mềm đô thị.
• Đem lại đóng góp khoa học và thực tiễn lớn khi tích hợp kết cấu chống giữ tạm thời thành bộ phận chịu lực vĩnh cửu của tòa nhà.

Đóng góp lớn nhất của công trình là cung cấp cơ sở dữ liệu số hóa và thực nghiệm tin cậy cho chuyên ngành Địa kỹ thuật Xây dựng tại Việt Nam. Trong các giai đoạn tiếp theo, nghiên cứu cần được mở rộng cho các hình học hố móng phi đối xứng phức tạp và tích hợp công nghệ quan trắc tự động theo thời gian thực. Hãy khai thác và ứng dụng ngay những phát hiện từ luận văn này vào các dự án thi công tầng hầm đô thị nhằm tối đa hóa hiệu quả kinh tế và bảo đảm an toàn công trình tuyệt đối.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU 1.1 Tổng quan về hố đào 1. Vai trò của hố đào Ngày nay, tại các thành phố lớn do quỹ đất ngày càng thu hẹp, giá đất ngày càng tăng cao nên con người có xu hướng khai thác tối đa phần không gian dưới mặt đất công trình với nhiều mục đích khác nhau: dây chuyền công nghệ các ngành công nghiệp nặng (luyện kim, vật liệu xây dựng…), các công trình thủy lợi (các trạm bơm, các công trình thủy lợi, thủy điện…), các công trình giao thông (ga, hầm, đường tàu điện ngầm…), các công trình dân dụng (bãi đậu xe, tầng hầm kỹ thuật…). Đặc điểm của công trình hố đào sâu Công trình hố đào sâu là một loại công việc tạm thời, sự dự trữ về an toàn có thể là tương đối nhỏ nhưng lại có liên quan với tính địa phương, điều kiện địa chất của mỗi vùng khác nhau thì đặc điểm cũng khác nhau. 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.

Yêu cầu đối với việc ổn định và khống chế chuyển dịch rất là nghiêm ngặt. Đào hố móng trong điều kiện địa chất phức tạp, mực nước ngầm cao và các điều kiện hiện trường phức tạp khác rất dễ sinh ra trượt lở khối đất, mất ổn định hố móng, thân cọc bị chuyển dịch vị trí, đáy hố trồi lên, kết cấu chắn giữ bị hư hại nghiêm trọng hoặc bị chảy đất… làm hư hại hố móng, ảnh hưởng đến các công trình xây dựng lân cận, 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, đào đất… trong đó, một khâu nào đó thất bại 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 rất cao, nên việc tính toán thi công phải được quan -4- tâm đúng mức, nếu bất cẩn để xảy ra sự cố thì việc xử lý rất khó khăn, đồng thời gây ra tổn thất lớn về kinh tế và ảnh hưởng nghiêm trọng về mặt xã hội. Phân loại hố đào 1. Phương thức đào Người ta chia hố đào sâu thành 2 loại: - Đào không có chắn giữ: được sử dụng khi hạ mực nước ngầm, đào đất, gia cố nền và giữ mái dốc. - Đào có chắn giữ: được sử dụng cho các kết cấu quay giữ, hệ thống chắn giữ, gia cố nền, quan trắc… 1.

Đặc điểm chịu lực của kết cấu Người ta chia hố đào sâu thành 2 loại: - Kết cấu chắn giữ áp lực chủ động: có vai trò chịu tác dụng của phần áp lực chủ động tác dụng lên kết cấu thành hố đào, bao gồm các kết cấu phun neo để chắn giữ, tường bằng đinh đất để chắn giữ. - Kết cấu chắn giữ áp lực đất bị động: có vai trò chịu tác dụng của phần áp lực bị động tác động lên kết cấu thành hố đào, bao gồm: cọc, bản, ống, tường và chống 1. Chức năng kết cấu Người ta chia kết cấu chắn giữ thành 2 loại: - Bộ phận chắn đất: + Kết cấu chắn đất, thấm nước: cọc thép chữ H,I có bản cài, cọc nhồi đặt thưa trát xi măng lưới thép, cọc đặt dầy, cọc hai hàng chắn đất, cọc nhồi kiểu liên vòm, chắn giữ bằng đinh đất, tường vây barrette… + Kết cấu chắn đất, ngăn nước: tường liên tục trong đất, cọc, tường trộn xi măng đất dưới tầng sâu, giữa cọc đặt dày có bố trí thêm cọc xi măng hay cọc trộn hóa chất, tường vòm cuốn khép kín… - Bộ phận chắn giữ kiểu kéo giữ: gồm kiểu tự đứng, thanh neo, thép hình chống đỡ, chống chéo, hệ dầm vòng chống đỡ… -5- 1. Phân loại tường vây hố đào thường sử dụng 1.

Tường chắn bằng cọc đất trộn xi măng Tường chắn bằng cọc đất trộn xi măng: trộn đất với xi măng thành cọc xi măng (dạng dung dịch hay dạng bột), sau khi đóng rắn sẽ thành tường chắn có dạng bản liền khối đạt cường độ nhất định. Dùng cho loại hố đào có độ sâu từ 3-6m.1: Tường chắn bằng cọc đất trộn xi măng 1. Tường chắn đất bằng cọc khoan nhồi Tường chắn đất bằng cọc khoan nhồi có đường kính từ 0.6-1m, cọc dài 15-30m, làm thành tường chắn theo kiểu hàng cọc, đỉnh cọc cũng được cố định bằng dầm vòng bằng bê tông cốt thép. Dùng cho hố đào có độ sâu từ 6-13m.2: Tường chắn đất bằng cọc khoan nhồi 1.

Tường chắn bằng cọc thép hình Tường chắn bằng cọc thép hình: các cọc thép hình thường là I hay H được hạ vào trong đất liền sát nhau bằng búa đóng hay rung tạo thành tường chắn kiểu hàng cọc, trên đỉnh được giằng bằng thép hình. Dùng cho hố đào có độ sâu 6-13m.3: Tường chắn bằng cọc thép hình 1. Tường chắn dạng hàng cọc bản thép Tường chắn bằng cọc bản thép: dùng máng thép sấp ngửa móc vào nhau hay cọc bản thép khóa miệng bằng thép hình có mặt cắt chữ U và Z, được hạ vào đất bằng cách đóng hay rung. Dùng cho loại hố đào có độ sâu từ 3-10m.4: Tường chắn dạng hàng cọc bản thép -7- 1.

Cọc bản bê tông cốt thép Cọc bản bê tông cốt thép có chiều dài cọc từ 6-12m, sau khi hạ cọc xuống đất, người ta tiến hành cố định đầu cọc bằng dầm vòng bê tông cốt thép hay thanh neo, thích hợp cho loại hố đào từ 3-6m.5: Tường cọc bản bê tông cốt thép 1. Tường vây Barrette Tường vây Barrette là tường bê tông đổ tại chỗ, chiều dầy từ 600-800mm để chắn giữ ổn định hố đào sâu trong quá trình thi công. Tường có thể được làm từ các đoạn cọc barrette, tiết diện chữ nhật với chiều rộng thay đổi từ 2. Các đoạn tường Barrette được liên kết chống thấm bằng goăng cao su.

Trong trường hợp 2 tầng hầm, tường barrette thường được thiết kế có chiều sâu >10m tùy thuộc vào địa chất công trình và phương pháp thi công. • Các phương pháp ổn định tường vây Barrette Tường vây Barrette được giữ ổn định trong quá trình thi công bằng các giải pháp sau: - Giữ ổn định bằng hệ dàn thép hình: số lượng tầng thanh chống có thể là 1, 2 tầng chống hoặc nhiều hơn tùy theo địa chất công trình, chiều sâu hố đào. -8- - Giữ ổn định bằng phương pháp neo trong đất: thanh neo trong đất được sử dụng là neo dự ứng lực. Neo trong đất có nhiều loại, tuy nhiên dùng phổ biến trong xây dựng hầm là neo phụt.

- Giữ ổn định bằng phương pháp thi công Top-Down: Phương pháp thi công này thường được sử dụng phổ biến hiện nay. Để chống đỡ sàn tầng hầm trong quá trình thi công, người ta thường sử dụng Kingpost bằng thép hình. Trình tự thi công này có thể thay đổi phù hợp với đặc điểm công trình, trình tự thi công… Hình 1.6: Hố đào ổn định bằng tường vây và hệ chống 1. Các nghiên cứu về hệ tường ngang ổn định hố đào sâu 1.Nghiên cứu của C.

Hsieh (2006) với đề tài “CASE RECORD OF AN EXCAVATION WITH CROSS WALLS AND BUTTRESS WALLS“ Tài liệu nghiên cứu việc đào đất với tường ngang và tường chống. Tường ngang và tường có trụ ống là những phương pháp xây dựng thường được sử dụng ở Đài Loan để bảo vệ tòa nhà liền kề trong quá trình đào đất. Cả hai phương pháp này tuy chưa được xác minh nhưng đã được công nhận đều có tác dụng tốt trong việc làm giảm chuyển vị tường và độ lún nền. Tuy nhiên, các phương pháp luận thiết kế cho các bức tường ngang và tường có trụ ống trong quá trình đào bới vẫn còn mang tính -9- thực nghiệm cao vì thiếu những ví dụ điển hình trong lịch sử với kết quả giám sát tốt.

Trong nghiên cứu này, một ví dụ lịch sử trình bày một chuỗi tài liệu xây dựng tốt với chất lượng công trình tốt, và với kết quả giám sát tốt. Theo kết quả giám sát, chuyển vị tường và độ lún nền ở tường ngang hoặc gần đó có có thể được giảm đáng kể.7: Sơ đồ tường ngang Hình 1.8: Các kiểu liên kết giữa tường ngang và tường vây -10- Hình 1.9: Chuyển vị của tường vây và độ lún của đất nền tại vị trí có tường ngang. Kết luận: Tường ngang, thường được xây dựng trước khi đào bới, kết nối các bức tường chắn đối diện nhau. Các bức tường ngang trong trường hợp này được xây dựng theo cùng một cách như tường vây, cần phải có một cường độ nén rất cao, và chuyển vị chung quanh phải là một số lượng không đáng kể với vị trí của các bức tường ngang.

Các khớp kết nối các bức tường ngang với các bức tường ngăn được xây dựng bằng cách sử dụng khớp tấm phân vùng ở hai bên của bức tường ngăn. Bàn chải thép được sử dụng để loại bỏ các chất nhờn trên các tấm phân vùng trước khi đổ bê tông các lỗ đào tường ngang. Tuy nhiên, trong quá trình này, bàn chải thép hơi bị quay đi và có thể ảnh hưởng đến chất lượng xây dựng các khớp nối và từ đó sẽ ảnh hưởng đến chuyển vị tường bị hạn chế bởi các bức tường ngang. Kết quả giám sát cho thấy sự chuyển vị của tường chắn và độ lún nền ở vị trí của tường ngang đã giảm đáng kể, tối đa là 26,1 mm chuyển vị bên và tối đa là 12 mm độ lún nền.

Cho dù chuyển vị này xuất phát từ nén đàn hồi của bức tường ngang hoặc chất lượng xây dựng của các khớp không được lý tưởng lắm cũng xứng đáng nghiên cứu thêm.Nghiên cứu của Richard N. Hwang and Za-Chieh Moh (2008) với đề tài “EVALUATING EFFECTIVENESS OF BUTTRESSES AND CROSS WALLS BY REFERENCE ENVELOPES” [5] Hiệu quả của tường chống và các tường ngang trong việc giảm thiểu độ võng của tường vây trong hai trường hợp được ước tính bằng nghiên cứu đường lệch tường và các tài liệu tham khảo. Cả hai công trình được đặt tại Khu K1, lưu vực sông Đài Bắc và việc đào bới được thực hiện ở độ sâu 32 m bằng cách sử dụng các phương Top- Down. Người ta đã phát hiện ra rằng bức tường ngang có hiệu quả trong việc làm giảm chuyển vị tường trong hai trường hợp.

Mặt khác, hiệu quả của tường chống phụ thuộc nhiều vào cấu hình của nó.10: Vị trí công trình nghiên cứu Bảng 1.1: Biểu đồ tham khảo sử dụng phương pháp Bottom-up tại vùng T2,TK2 và K1 -12- Hình 1.