MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong những năm gan đây, việc thiết kế và xây dựng các công trình cao tang trên vùng đất yếu gia tăng do sự phát triển của nền kinh tế, quá trình mở rộng quy mô đô thị và công nghiệp. Hàng loạt các công trình với số tầng ngày càng cao đã và đang xây dựng. Cùng với nó là sự mở rộng về qui mô và số lượng các tang hầm dé tận dụng khoảng không dưới lòng đất trong các công trình cao tầng.
Do loại công trình ngầm rất đa dạng nên việc thiết kế va thi công kết cấu chan giữ hố đào cũng rất đa dạng đồng thời phải thỏa mãn các điều kiện kinh tế, kỹ thuật, môi trường va không gây ảnh hưởng đến các công trình xung quanh. Khi thi công đào hố móng sâu, trạng thái ứng suất trong nên đất sẽ thay đổi, từ đó đất nền sẽ biến dang dẫn tới khả năng mất ôn định. Thêm vào đó, nước ngầm trong nền cũng là một yếu tố tạo nên trạng thái mất 6n định. Chính vì vậy mà khi tiễn hành đào hỗ móng sâu bat buộc phải thiết kế kết cầu chống đỡ vách hỗ móng va đáy hỗ móng.
Tác dụng qua lại giữa áp lực đất và nước ngầm với hệ thống tường chan và kết cau khung chống đỡ vách sẽ có thé dẫn đến những trang thái giới hạn khác nhau. Yêu cầu hàng dau đối với thiết kế tường chắn và khung chống đỡ vách hố móng là không dé xảy ra phá hoại trang thái cân băng giới hạn, từ đó gây mất 6n định bản thân vách va đáy hỗ móng, đồng thời còn có thé làm mat ồn định các công trình lân cận. Biểu hiện chủ yếu của trạng thái cân bằng giới hạn bị phá hoại là mat cân bang tinh lực, kết câu chống đỡ bị phá vỡ, kế cả không khống chế được tác dụng của mực nước ngâm. Đối với công trình sử dụng móng cọc, khi ép cọc hay đóng cọc, thì hiện tượng sức căn bề mặt giữ bé mặt cọc và lớp đất đá sẽ xay ra, tất nhiên là nó sẽ kéo lớp đất đá này di chuyển nên sẽ tạo sự xô lệch về khối liên kết đất đá trên, do đó sẽ tạo các 16 hồng va gây mat 6n định của kết cau móng các công trình bên cạnh.
Do vậy, nghiên cứu ôn định của hé móng sâu là rất cần thiết cho nhu cầu hiện tại. Việc tìm hiểu hệ tường kết hợp với hệ chống đỡ tạm ngày càng được ứng dung rộng rãi đặc biệt là ở những khu vực có không gian thi công giới han. Day cũng chính là cơ sở hình thành nên dé tài luận văn này. Với đề tài nghiên cứu này, tác giả mong muốn đóng góp vào vốn kiến thức và sự hiệu biệt của mình về việc “Nghiên cứu lộ trình ứng suát cua dat xung quanh hồ đào sáu theo tiên trình thi công có xét dén ảnh hưởng độ cứng của hệ tưởng 2 Là váy ”.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Trong khuôn khô luận van nay, tác giả tập trung nghiên cứu: - Nghiên cứu ứng xử của hồ đào sâu trong khu vực đất yếu trong điều kiện Việt Nam. Việc phân tích bằng mô hình số để hiểu rõ hơn ứng xử thực tế của hỗ đào trong các giai đoạn thi công công trình ngầm. Từ kết quả nghiên cứu đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo và ứng dụng thực tế trong quá trình thiết kế và thi công hồ dao sâu trong điều kiện đất yếu ở miền Nam Việt Nam. - Nghiên cứu môi quan hệ giữa ứng suat và biên dang của vung dat xung quanh hô đào sâu.
- Nghiên cứu, phân tích một số nguyên nhân có ảnh hưởng đến sự thành công trong công tác đảo đất hỗ móng sâu từ đó có biện pháp phòng ngừa hoặc khuyến cáo thích hợp trong quá trình thiết kế va thi công hỗ đào trong điều kiện đất yếu. Ké từ nghiên cứu của Peck (1969) đã cho thấy tam quan trọng của hệ chống đỡ cũng như ứng xử của hệ này trong thi công công trình ngầm nói chung và hồ đào sâu nói riêng. - Nghiên cứu các ứng dụng phương pháp tính toán phần tử hữu hạn (FEM) để đánh giá hiệu quả hệ tường vây đối với hỗ đào sâu. Phương pháp nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết tính toán.
- Nghiên cứu về lý thuyết phan tử hữu han (FEM) và giới thiệu các phan mềm thương mại có dùng phương pháp phan tử hữu han (FEM) trong phân tích bai toán địa kỹ thuật nói chung và hỗ đảo sâu nói riêng. O đây tác giả sử dung phần mềm tính toán theo phương pháp phan tử hữu hạn chuyên nganh: GeoStudio. - Phân tích kết qua thi nghiệm trong phòng va hiện trường để có được thông số đầu vào cho bài toán phân tích bang phương pháp phan tử hữu han (FEM). - Thu thập, tổng hop, tính toán và phân tích dé vẽ lộ trình ứng suất của đất theo tiến trình thi công và cho nhiều phân tô đất có độ sâu khác nhau.
- Đề tài sử dụng số liệu địa chất thực tế có từ công trình căn hộ Lô M5, Nam Sài Gòn, phường Tân Phú, quận 7, Thành phố Hỗ Chí Minh kết hợp với việc mô phỏng ứng xử của nền và hệ tường vây (Diagphram + Shoring + Kingpost) bằng phần mềm GeoStudio để mô phỏng đề tài “Nghiên cứu lộ trình ứng suất của đất xung quanh hỗ đào sâu theo tiễn trình thi công có xét đến ảnh hưởng độ cứng của hệ tường váy”. Tính khoa học và thực tiễn của đề tài Dé tài: “Nghiên cứu lộ trình ứng suất của đất xung quanh hồ đào sâu theo tiễn trình thi công có xét đến ảnh hưởng độ cứng của hệ tường vây” giúp cho người kỹ sư thiết kế nền móng có thêm một cơ sở lý luận dự báo chuyển vị hỗ dao sâu, ảnh hưởng của dạng hình học của mặt bằng hồ đào sâu đến mức độ chuyền vị ngang của tường vây. Việc phân tích bang mô hình số để hiểu rõ hơn ứng xử thực tế của hồ đào trong các giai đoạn thi công công trình ngầm. Từ kết quả nghiên cứu đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo và ứng dụng thực tế trong quá trình thiết kế và thi công hồ đào sâu.
Đông thời nghiên cứu môi quan hệ giữa ứng suât và biên dạng của vùng đât xung quanh hồ đào sâu làm tài liệu tham khảo thêm cho những người quan tâm dén vân dé nghiên cứu trong luận văn. Giới hạn của dé tài Phạm vi nghiên cứu cho công trình thực té có tính cục bộ chưa có điêu kiện nhân rộng phân tích nhiều khu vực địa chất khác nhau. Kết quả nghiên cứu phần lớn dựa vào kết quả phân tích khi mô phỏng trên phân mềm GeoStudio. Chua phân tích day đủ hết các yếu tô ảnh hưởng đến độ 6n định của hệ tường vây.
Trang 3 CHUONG 1: TONG QUAN VE TƯỜNG CHAN TRONG HO DAO SAU 1. LICH SU PHAT TRIEN CUA PHUONG PHAP CHONG DO HO DAO SAU Peck (1969) trong một bài báo cáo tại hội nghị quốc tế về cơ học đất và kỹ thuật nền móng đã cho thay một báo cáo nghiên cứu tong quan khá đầy đủ về các nhân tố ảnh hưởng đến hệ chống đỡ của hé đào sâu. Ngoài ra đến nay cũng đã có rất nhiều công trình nghiên cứu đã được công bố ké từ nghiên cứu của Ralph B. Ứng xử của hồ dao sâu có liên quan đến ca sự 6n định và mức độ chuyền vi của hỗ đào cũng như đất nền xung quanh hồ đào.
Do đó hệ tường vây và hệ chống tạm được ứng dụng để giữ cho nên 6n định cũng như chuyển vị của nền đất xung quanh hồ đào năm trong một giới hạn cho phép, đáy hố đào không bị day trôi quá mức kiểm soát. Chuyển vị của nền đất xung quanh hỗ dao có ảnh hưởng đáng kể đến các công trình lân cận, nếu chuyền vi quá lớn có thé dẫn đến sự hư hỏng hoặc thậm chí là phá hủy công trình lân cận. Dễ dàng nhận thấy răng độ 6n định của hỗ dao và mức chuyền vị của nền xung quanh nó có mối liên hệ mật thiết với nhau. Với hệ số an toàn càng lớn thì mức chuyển vị càng nhỏ và ngược lại.
Tuy nhiên điều này có ảnh hưởng đến van đề kinh tế cho hệ chống đỡ tạm trong thi công hồ đào sâu. Với hệ số an toàn càng lớn thì kinh phí cho hệ chống tạm càng lớn và ngược lại. Do đó việc phân tích tính toán ứng xử về ứng suất và biến dạng của hệ chống tạm cần phải được quan tâm đáng kể. Mặc dù phương pháp cân bằng giới hạn cũng có thé được áp dụng để tính toán bài toán hỗ đào nhưng tốc độ phát triển của máy tính điện tử, phương pháp số như phan tử hữu hạn (FEM), sai phân hữu hạn (FDM),.va các mô hình số hiện dai thì việc phân tích đánh giá bài toán ngày càng đơn giản hơn ngay cả với các điều kiện biên phức tạp lẫn điều kiện tải trọng phức tạp.
Hệ chống đỡ tạm bao gồm tường đứng có thể băng thép, BTCT, gỗ hoặc CDM hoặc cọc khoan phụt cao áp và hệ văng chống tạm. Trong thi công hồ đào thì áp suất ngang bị mất trong quá trình đào do đó hệ văng chống tạm (có thể là thanh chống ngang hoặc xiên, neo ngang hoặc xién,.) được dùng để bổ sung lực ngang thay cho áp suất ngang ở trạng thái tĩnh khi nên chưa đào. Trong khi đó thì tường đứng đóng vai trò giữ đất không cho dịch chuyển vào bên trong hố đảo và ngăn nước vào hồ đào bang cách tăng chiều dài đường thắm. Chỉ tiết các hệ này được mô tả khá day đủ trong số tay thực hành dùng trong hỗ dao sâu được viết bởi Puller, Malcom (1996).
CAC YEU TO ANH HUONG DEN CHUYEN VỊ CUA TƯỜNG VAY TRONG HO ĐÀO SAU Khi thi công ho đào sâu, những yêu tô sau ảnh hưởng dén chuyên vi ngang của tường chăn và đât nên: + Ảnh hưởng của sự thay đổi điều kiện ứng suất trong đất nên: khi đào đất, cả ứng suất theo phương đứng va theo phương ngang đều giảm di và thay đổi sự cân băng 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 hồ đào. + Kích thước hồ đào: hô dao càng sâu, ứng suat tông giảm càng lớn và như vậy chuyên vi của tường chăn càng lớn. Hồ đào càng rộng, chuyên vi của tường chăn cảng lớn.