Luận Văn Thạc Sĩ Về Ảnh Hưởng Cọc Trong Hố Đào Đến Chuyển Vị Ngang Của Tường Vây

Luận văn thạc sĩ địa kỹ thuật xây dựng phân tích ảnh hưởng của cọc bên trong hố đào sâu đến chuyển vị ngang tường vây, đánh giá hiệu quả thiết kế.

• Tác giả: Nguyễn Quốc Trung
• Người hướng dẫn: TS. Lê Trọng Nghĩa
• Trường học: Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng
• Đề tài: Phân Tích Mức Độ Ảnh Hưởng Của Cọc Bên Trong Hố Đào Sâu Đến Chuyển Vị Ngang Của Tường Vây
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị của tường vây trong hố đào sâu
• 1.1.1. Các yếu tố cơ bản
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN
• 3. CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH MỨC ĐỘ ẢNH HƯỞNG CỦA CỌC BÊN TRONG HỐ ĐÀO SÂU ĐẾN CHUYỂN VỊ NGANG CỦA TƯỜNG VÂY CÔNG TRÌNH TIÊU BIỂU CAO ỐC VĂN PHÒNG LIM TOWER
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu và đặt vấn đề

Luận văn tập trung phân tích mức độ ảnh hưởng của cọc trong hố đào sâu đến chuyển vị ngang của tường vây. Nghiên cứu này nhằm giải quyết vấn đề ổn định của công trình khi thi công tầng hầm, đặc biệt trong điều kiện địa chất phức tạp. Kỹ thuật xây dựng hiện đại yêu cầu các giải pháp chính xác để đảm bảo an toàn công trình và hạn chế tác động đến môi trường xung quanh.

1.1. Bối cảnh nghiên cứu

Việc xây dựng các công trình cao tầng trên nền đất yếu ngày càng phổ biến, đòi hỏi các giải pháp kỹ thuật tiên tiến. Hố đào sâu thường gây ra chuyển vị ngang của tường vây, ảnh hưởng đến độ ổn định của toàn bộ công trình. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng của cọc trong hố đào đến chuyển vị ngang của tường vây, từ đó đề xuất các giải pháp kỹ thuật phù hợp.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của luận văn là phân tích mức độ ảnh hưởng của cọc trong hố đào sâu đến chuyển vị ngang của tường vây. Nghiên cứu sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng như tải trọng, địa chất, và công nghệ thi công. Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao hiệu quả thiết kế và thi công các công trình tầng hầm.

II. Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích ảnh hưởng của cọc trong hố đào đến chuyển vị ngang của tường vây. Các mô hình địa chất và kỹ thuật xây dựng được áp dụng để mô phỏng các điều kiện thực tế. Phần mềm Plaxis 3D Foundation được sử dụng để tính toán và đánh giá kết quả.

2.1. Phương pháp phần tử hữu hạn

Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) là công cụ chính để phân tích ảnh hưởng của cọc trong hố đào đến chuyển vị ngang của tường vây. FEM cho phép mô phỏng các điều kiện địa chất và tải trọng phức tạp, từ đó đưa ra các kết quả chính xác về độ ổn định và chuyển vị của công trình.

2.2. Mô hình địa chất và kỹ thuật

Các mô hình địa chất và kỹ thuật xây dựng được sử dụng để mô phỏng các điều kiện thực tế của hố đào sâu. Các thông số như tải trọng, độ cứng của tường vây, và khoảng cách giữa các cọc được tính toán chi tiết để đảm bảo độ chính xác của kết quả phân tích.

III. Kết quả và đánh giá

Kết quả nghiên cứu cho thấy cọc trong hố đào có ảnh hưởng đáng kể đến chuyển vị ngang của tường vây. Việc khai báo đầy đủ các yếu tố cọc trong mô hình giúp cải thiện độ chính xác của kết quả phân tích. Các giải pháp kỹ thuật được đề xuất nhằm hạn chế chuyển vị ngang và đảm bảo an toàn công trình.

3.1. Ảnh hưởng của cọc đến chuyển vị ngang

Kết quả phân tích cho thấy cọc trong hố đào có ảnh hưởng lớn đến chuyển vị ngang của tường vây. Việc khai báo đầy đủ các yếu tố cọc trong mô hình giúp giảm thiểu sai lệch so với kết quả quan trắc thực tế. Các yếu tố như khoảng cách giữa các cọc và độ cứng của tường vây cũng được xem xét để tối ưu hóa thiết kế.

3.2. Giải pháp kỹ thuật

Các giải pháp kỹ thuật được đề xuất bao gồm việc tăng cường độ cứng của tường vây, điều chỉnh khoảng cách giữa các cọc, và sử dụng các công nghệ thi công tiên tiến. Những giải pháp này nhằm hạn chế chuyển vị ngang và đảm bảo an toàn công trình trong quá trình thi công tầng hầm.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển đô thị và kinh tế hiện nay, việc xây dựng các công trình cao tầng với nhiều tầng hầm ngày càng gia tăng, đặc biệt trên nền đất yếu tại các thành phố lớn như Thành phố Hồ Chí Minh. Theo ước tính, chiều sâu đào hố móng các công trình cao tầng thường đạt từ 10 đến 15 mét, đòi hỏi hệ thống tường vây và cọc khoan nhồi chịu tải hiệu quả để đảm bảo ổn định công trình và an toàn cho các công trình lân cận. Vấn đề chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu là một trong những thách thức kỹ thuật quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền và an toàn của công trình.

Luận văn tập trung phân tích mức độ ảnh hưởng của cọc bên trong hố đào sâu đến chuyển vị ngang của tường vây, lấy ví dụ điển hình là công trình Cao ốc Văn phòng Lim Tower tại Thành phố Hồ Chí Minh với chiều sâu đào đất 13,5m, sử dụng hệ tường barrette dày 800mm, dài 39m và cọc khoan nhồi đường kính 1200mm, dài 54m. Mục tiêu nghiên cứu nhằm đánh giá sự khác biệt về chuyển vị ngang của tường vây khi khai báo hoặc không khai báo yếu tố cọc trong mô hình phần tử hữu hạn, từ đó đề xuất giải pháp thiết kế và thi công phù hợp.

Phạm vi nghiên cứu bao gồm phân tích mô hình hố đào sâu trong điều kiện địa chất thực tế của công trình Lim Tower, sử dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation để mô phỏng các trường hợp khai báo cọc với các hàm lượng và vị trí khác nhau. Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp dữ liệu chính xác về chuyển vị ngang tường vây, giúp tối ưu hóa thiết kế kết cấu chống đỡ, giảm thiểu rủi ro mất ổn định và đảm bảo an toàn cho công trình cũng như môi trường xung quanh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai mô hình lý thuyết chính trong địa kỹ thuật xây dựng để mô phỏng ứng xử đất nền và kết cấu tường vây:

• Mô hình Mohr-Coulomb (MC): Mô hình đàn hồi dẻo thuần túy, sử dụng 5 thông số cơ bản gồm mô đun đàn hồi, hệ số Poisson, góc ma sát, lực dính và góc giãn nở. Mô hình này phù hợp cho tính toán sơ bộ, không xét đến sự thay đổi độ cứng theo ứng suất và thời gian.

• Mô hình Hardening Soil (HS): Mô hình nâng cao, mô phỏng chính xác ứng xử phi tuyến tính của đất mềm và đất cứng, bao gồm biến dạng dẻo do cắt và nén, sự phụ thuộc độ cứng vào ứng suất, và tính chất đàn hồi dỡ tải. Mô hình này yêu cầu nhiều thông số hơn nhưng cho kết quả phù hợp với thực tế hơn.

Ngoài ra, các khái niệm chính được sử dụng gồm: chuyển vị ngang tường vây, mômen uốn trong tường, độ cứng dọc trục (EA) và độ cứng chống uốn (EI) của cọc, ảnh hưởng của mật độ và vị trí cọc trong hố đào, cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định hố đào như áp lực nước ngầm, đặc tính đất nền, và biện pháp thi công.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) với phần mềm chuyên dụng Plaxis 3D Foundation để mô phỏng quá trình thi công và phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu. Cỡ mẫu nghiên cứu là mô hình công trình Lim Tower với chiều sâu đào 13,5m, sử dụng hệ tường barrette và cọc khoan nhồi thực tế.

Phương pháp chọn mẫu là mô phỏng các trường hợp khai báo cọc với các hàm lượng, vị trí và độ sâu khác nhau nhằm đánh giá ảnh hưởng đến chuyển vị ngang tường vây. Các bước nghiên cứu gồm:

• Thu thập số liệu địa chất, thông số vật liệu đất nền, tường vây, cọc và hệ chống đỡ từ công trình thực tế.

• Thiết lập mô hình phần tử hữu hạn trong Plaxis 3D Foundation, bao gồm tạo hình học, nhập thông số vật liệu, điều kiện biên và các giai đoạn thi công.

• Phân tích các trường hợp mô hình có khai báo cọc đầy đủ, khai báo một phần hoặc không khai báo cọc.

• So sánh kết quả mô phỏng với số liệu quan trắc thực tế để đánh giá độ chính xác.

• Tổng hợp và phân tích kết quả để rút ra các kết luận và đề xuất.

Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 6 đến tháng 11 năm 2013, đảm bảo tính cập nhật và phù hợp với điều kiện thi công thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của khai báo cọc đến chuyển vị ngang tường vây:
   Khi mô hình khai báo đầy đủ yếu tố cọc (độ cứng dọc trục EA và độ cứng chống uốn EI) theo bản vẽ thực tế, chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây giảm đáng kể, từ khoảng 361mm (không khai báo cọc) xuống còn 230mm, tương đương giảm khoảng 36%. Điều này chứng tỏ cọc có vai trò quan trọng trong việc gia cố và hạn chế chuyển vị ngang của tường vây.

2. Ảnh hưởng của mật độ cọc:
   Mật độ cọc càng cao (cọc cách nhau 3m so với 6m) thì chuyển vị ngang tường vây càng nhỏ. Cụ thể, chuyển vị ngang giảm từ 311mm (cọc cách 6m) xuống 230mm (cọc cách 3m), tương đương giảm khoảng 26%. Mật độ cọc ảnh hưởng trực tiếp đến độ cứng tổng thể của hệ thống tường vây và đất nền.

3. Ảnh hưởng của chiều sâu cọc khai báo trong mô hình:
   Khi chiều sâu cọc khai báo là 7m, sự khác biệt về chuyển vị ngang giữa các phương án khai báo cọc (có hoặc không có EA, EI) là không đáng kể. Ngược lại, với chiều sâu cọc 42m, sự khác biệt rất rõ ràng, cho thấy chiều sâu cọc là yếu tố quyết định mức độ ảnh hưởng của cọc đến chuyển vị tường vây.

4. So sánh mô hình Mohr-Coulomb và Hardening Soil:
   Mô hình Hardening Soil cho kết quả chuyển vị ngang tường vây phù hợp hơn với số liệu quan trắc thực tế, với sai số nhỏ hơn 6% so với mô hình Mohr-Coulomb. Điều này khẳng định tính ưu việt của mô hình HS trong mô phỏng ứng xử đất nền phức tạp.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc khai báo yếu tố cọc trong mô hình phần tử hữu hạn là rất cần thiết để dự đoán chính xác chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu. Nguyên nhân là do cọc khoan nhồi có độ cứng lớn, chịu tải trọng ngang và phân bố ứng suất hiệu quả, từ đó giảm biến dạng và chuyển vị của tường chắn.

Mật độ cọc cao làm tăng độ cứng tổng thể của hệ thống, giảm chuyển vị ngang và mômen uốn trong tường vây, góp phần nâng cao độ ổn định công trình. Chiều sâu cọc khai báo trong mô hình cũng ảnh hưởng lớn đến kết quả, do cọc sâu hơn có khả năng truyền tải và kháng lực tốt hơn.

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả này tương đồng với báo cáo của Wong Kai Sin (2005) và các nghiên cứu thực tế tại Việt Nam, khẳng định tính ứng dụng thực tiễn của phương pháp và mô hình nghiên cứu. Việc lựa chọn mô hình Hardening Soil giúp mô phỏng chính xác hơn các đặc tính phi tuyến tính và biến dạng dẻo của đất nền, từ đó nâng cao độ tin cậy của dự báo chuyển vị.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ chuyển vị ngang theo độ sâu tường vây, so sánh giữa các phương án khai báo cọc và không khai báo, cũng như bảng tổng hợp sai số giữa mô hình và quan trắc thực tế, giúp minh họa rõ ràng ảnh hưởng của các yếu tố nghiên cứu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng khai báo đầy đủ yếu tố cọc trong mô hình phần tử hữu hạn:
   Khuyến nghị các kỹ sư thiết kế và phân tích công trình hố đào sâu sử dụng mô hình khai báo đầy đủ độ cứng dọc trục (EA) và độ cứng chống uốn (EI) của cọc để dự báo chuyển vị ngang tường vây chính xác hơn. Thời gian áp dụng: ngay trong giai đoạn thiết kế.

2. Tăng mật độ cọc trong thiết kế tường vây:
   Đề xuất tăng mật độ cọc khoan nhồi trong hố đào để giảm chuyển vị ngang và mômen uốn trong tường vây, đặc biệt với các công trình có chiều sâu đào lớn. Chủ thể thực hiện: nhà thầu thi công và tư vấn thiết kế.

3. Lựa chọn mô hình đất nền phù hợp:
   Sử dụng mô hình Hardening Soil trong phần mềm Plaxis để mô phỏng ứng xử đất nền, giúp dự báo chuyển vị và ứng suất chính xác hơn so với mô hình Mohr-Coulomb. Thời gian áp dụng: trong các dự án thiết kế và phân tích địa kỹ thuật.

4. Xem xét chiều sâu cọc khai báo trong mô hình:
   Khi chiều sâu cọc lớn hơn 10m, việc khai báo cọc trong mô hình có ảnh hưởng rõ rệt đến kết quả chuyển vị ngang, do đó cần chú ý khai báo chính xác chiều sâu cọc trong mô hình. Chủ thể thực hiện: kỹ sư phân tích và thiết kế.

5. Theo dõi và quan trắc chuyển vị thực tế trong quá trình thi công:
   Đề nghị thực hiện quan trắc chuyển vị tường vây và đất nền thường xuyên để so sánh với kết quả mô phỏng, từ đó điều chỉnh thiết kế và biện pháp thi công kịp thời. Thời gian: trong suốt quá trình thi công hố đào.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế kết cấu và địa kỹ thuật:
   Luận văn cung cấp dữ liệu và phương pháp phân tích chuyển vị ngang tường vây trong hố đào sâu, giúp tối ưu thiết kế tường chắn và hệ thống cọc khoan nhồi, nâng cao độ an toàn và hiệu quả kinh tế.

2. Nhà thầu thi công công trình ngầm:
   Thông tin về ảnh hưởng của mật độ và chiều sâu cọc đến chuyển vị tường vây hỗ trợ nhà thầu lựa chọn biện pháp thi công phù hợp, kiểm soát biến dạng và đảm bảo tiến độ thi công.

3. Chuyên gia giám sát và quan trắc công trình:
   Luận văn cung cấp cơ sở để thiết kế chương trình quan trắc chuyển vị tường vây và đất nền, giúp phát hiện sớm các nguy cơ mất ổn định và điều chỉnh kịp thời.

4. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Địa kỹ thuật xây dựng:
   Tài liệu tham khảo quý giá về ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn trong phân tích hố đào sâu, mô hình đất nền và ảnh hưởng của cọc đến chuyển vị tường chắn, phục vụ nghiên cứu và học tập chuyên sâu.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao phải khai báo yếu tố cọc trong mô hình hố đào sâu?
   Khai báo cọc giúp mô phỏng chính xác độ cứng và khả năng chịu tải của hệ thống cọc khoan nhồi, từ đó dự báo chuyển vị ngang tường vây sát với thực tế hơn, giảm sai số lên đến 36% so với mô hình không khai báo.

2. Mật độ cọc ảnh hưởng thế nào đến chuyển vị tường vây?
   Mật độ cọc cao làm tăng độ cứng tổng thể, giảm chuyển vị ngang và mômen uốn trong tường vây. Ví dụ, cọc cách nhau 3m giảm chuyển vị ngang khoảng 26% so với cọc cách 6m.

3. Mô hình Hardening Soil có ưu điểm gì so với Mohr-Coulomb?
   Mô hình Hardening Soil mô phỏng chính xác hơn ứng xử phi tuyến tính, biến dạng dẻo và sự phụ thuộc độ cứng vào ứng suất của đất nền, giúp dự báo chuyển vị và ứng suất sát với thực tế hơn, giảm sai số dưới 6%.

4. Chiều sâu cọc khai báo trong mô hình có quan trọng không?
   Rất quan trọng. Với cọc sâu trên 10m, khai báo cọc trong mô hình ảnh hưởng lớn đến kết quả chuyển vị ngang, trong khi với cọc sâu 7m, ảnh hưởng này không đáng kể.

5. Làm thế nào để kiểm soát chuyển vị tường vây trong thi công hố đào?
   Kết hợp thiết kế mô hình chính xác (khai báo cọc, chọn mô hình đất phù hợp), tăng mật độ cọc, áp dụng biện pháp thi công hợp lý và thực hiện quan trắc chuyển vị thường xuyên để điều chỉnh kịp thời.

Kết luận

• Việc khai báo đầy đủ yếu tố cọc trong mô hình phần tử hữu hạn giúp giảm chuyển vị ngang tường vây đến 36%, nâng cao độ chính xác dự báo và an toàn công trình.
• Mật độ cọc khoan nhồi ảnh hưởng trực tiếp đến chuyển vị ngang, mật độ cao giúp giảm chuyển vị và mômen uốn trong tường vây.
• Mô hình Hardening Soil cho kết quả mô phỏng ứng xử đất nền phù hợp hơn so với mô hình Mohr-Coulomb, giảm sai số dự báo chuyển vị dưới 6%.
• Chiều sâu cọc khai báo trong mô hình là yếu tố quan trọng, đặc biệt với cọc sâu trên 10m, ảnh hưởng lớn đến kết quả phân tích.
• Đề xuất áp dụng khai báo cọc đầy đủ, tăng mật độ cọc, lựa chọn mô hình đất phù hợp và thực hiện quan trắc chuyển vị trong quá trình thi công để đảm bảo ổn định hố đào sâu.

Next steps: Áp dụng kết quả nghiên cứu vào thiết kế và thi công các công trình hố đào sâu tại các đô thị lớn, đồng thời mở rộng nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố thi công khác như áp lực nước ngầm và biện pháp gia tải trước.

Các kỹ sư và nhà quản lý dự án nên tích hợp mô hình khai báo cọc trong phần mềm phân tích FEM để nâng cao hiệu quả thiết kế và thi công công trình hố đào sâu, đồng thời tăng cường quan trắc thực tế để đảm bảo an toàn và bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU *** 1. Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị của tường vây trong hố đào sâu: 1. Các yếu tố cơ bản: * Khi thi công hố đào sâu, những yếu tố sau ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường chắn và đất nền: - 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.

- Kích thước hố đào: 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. - Ứng suất ngang ban đầu trong đất: khi đào đất với giá trị hệ số áp lực ngang ban đầu của đất K0 lớn, chuyển dịch của đất và tường là lớn, thậm chí cả khi đào nông. - Đặc tính của đất nền: trong đất sét, chuyển vị ngang lớn nhất của tường chắn phụ thuộc vào độ bền của đất.

Chuyển vị ngang của tường chắn và lún nền đất cho đất sét cứng và đất rời nhỏ hơn so với đất sét mềm yếu. - 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 công trình xung quanh hố đào. Chênh lệch áp lực nước ở phía ngoài và phía trong hố đào có thể xảy ra hiện tượng bùng nền, cát chảy … ở đáy hố đào. Bơm hút nước để thi công hố đào, mực nước ngầm bị hạ thấp làm tăng độ lún của đất nền ở khu vực xung quanh hố đào.

- Độ cứng của tường chắn và hệ chống đỡ: chuyển vị ngang của tường chắn phụ thuộc vào độ cứng (chiều dày) của tường và hệ chống đỡ, khoảng cách bố trí các thanh chống và chiều sâu chôn tường trong đất. -4- - Gia tải trước thanh chống: chuyển vị ngang lớn nhất của tường giảm khi áp dụng gia tải trước thanh chống. - Biện pháp thi công: khi rung hoặc ép tường cừ chế tạo sẵn hay khi thi công tường chắn. - Trình độ và chất lượng thi công: kỹ thuật thi công kém dẫn đến chuyển vị ngang của tường chắn lớn.

- Thời gian thi công: thời gian thi công lâu làm tăng chuyển vị của đất nền quanh hố đào. - Tính chất và quy mô của công trình lân cận. Theo Mana (1978) đã phân ra 3 nhóm theo mức độ kiểm soát được của thiết kế, nêu trong bảng sau: Bảng 1.1 – Phân nhóm mức độ kiểm soát của thông số thiết kế Những thông số thiết kế Những thông số thiết kế kiểm Những thông số thiết kế kiểm soát được soát được một phần không kiểm soát được 1.Phương pháp thi công hệ 1.Điều kiện và tính chất 1.Kiểu hệ chống đỡ chống đỡ của đất nền 2.Độ cứng của hệ chống đỡ 2.Chu kỳ thi công 2.Các công trình xung 3.Mức độ chôn tường chắn 3.Phương pháp thi công kết quanh 4.Mức độ gia tải trước cho cấu công trình trong hố đào 3.Hình dạng hố đào và thanh chống 4.Độ lớn của tải trọng bề mặt chiều sâu 5.Thời tiết - Độ lớn và phạm vi mở rộng độ lún xung quanh hố đào phụ thuộc nhiều vào phương pháp thi công cũng như bất kỳ yếu tố nào kể trên. Cho dù thiết kế có thể chỉ rõ phương pháp thi công và biện pháp chống đỡ, vẫn không thể kiểm soát chính xác sự phối hợp của các yếu tố trên vì chúng thay đổi từng ngày trên công trường.

Chính vì vậy mô phỏng chính xác quá trình thi công trong phân tích bằng phương pháp số, sử dụng phần mềm chuyên dụng là phức tạp và khó khăn. Đây có thể là nguyên nhân cho sự phân tán trong kết quả tính toán theo phương pháp số và số liệu quan trắc hiện trường. Phân tích các nguyên nhân ảnh hưởng đến chuyển vị tường vây hố đào: - Trong những năm gần đây, khi phát triển và hiện đại hoá đô thị, ở nước ngoài và nhất là ở nước ta, không ít công trình lân cận hố đào đã bị sự cố nặng nề, gây nhiều tổn thất về kinh tế và xã hội, cơ chế của các sự cố này được trình bày như hình 1.1 - Ảnh hưởng của hố đào đến công trình 1. Nguyên nhân làm đất rỗng hoặc chuyển vị 2.

Đất bị đào hoặc chuyển vị thể tích 3. Phân bố chuyển vị thể tích 4. Chuyển vị của mặt đất 5. Chuyển vị của kết cấu và nghiêng lệch 6.

Sự hư hỏng của kết cấu Theo như mô tả trên hình 1, ta thấy: + Khi đào lấy đi một lượng đất nào đó thì làm thay đổi trạng thái ứng suất - biến dạng của khối đất quanh chỗ đào; + Đất sẽ chuyển vị về phía lỗ/hố đào, độ lớn của chuyển vị phụ thuộc vào chất lượng của hệ kết cấu chống giữ; + Tổng hợp các loại chuyển vị này sẽ làm mặt đất phía bên trên công trình hoặc vùng đất ở lân cận hố đào lún xuống; + Nếu trong vùng ảnh hưởng /phễu lún này có công trình thì công trình sẽ bị biến dạng. -6-  Nguyên nhân gây ra chuyển vị vừa nêu thường gồm có: 1)Tác động của sự thay đổi ứng suất trong đất nền; 2)Kích thước của lỗ/ hố đào; 3)Các đặc tính của đất; 4)Ứng suất nằm ngang ban đầu trong đất; 5)Tình trạng nước ngầm và sự biến động của chúng; 6)Độ cứng của hệ chống giữ (thanh chống hoặc neo); 7)Tác động của việc gia tải trước trong thanh chống và neo; 8)Trình tự thi công; 9)Trình độ thi công;. Như vậy có rất nhiều nguyên nhân ảnh hưởng tới chuyển vị của kết cấu và vùng đất xung quanh hố đào. * Christian Moormann (2004) đã tổng kết trên 530 sự cố hố đào trong đất yếu trên thế giới và đưa ra những khuyến cáo rất quan trọng: Hình 1.2 - Các định nghĩa liên quan hố đào H: chiều sâu hố đào [m]; hi: khoảng cách giữa các thanh chống/neo [m]; t: chiều sâu tường chắn [m] ; umaxh: chuyển vị ngang lớn nhất của tường [m]; N: số tầng/hàng thanh chống/neo; umaxv: chuyển vị đứng lớn nhất của mặt đất [m]; -7- - Một số kết luận đáng chú ý của Christian Moormann (2004) là chuyển vị của tường và đất quanh tường tuỳ thuộc vào tính chất của đất và loại kết cấu tường chắn.

Trên hình 3 trình bày quan hệ giữa umaxv với umaxh và độ lún của đất cạnh hố đào còn trên hình 4 thể hiện: z (umaxh) = f(H) Hình 1.3 - Tỷ số umaxv /umaxh (a) và lún mặt đất cạnh hố đào (b) với một số loại đất nền -8- Hình 1.4 - Quan hệ giữa độ sâu z ứng với umaxh và độ sâu hố đào H trong đất sét mềm Từ đó ta thấy :  Đối với hố móng sâu trong đất mềm, độ lún lớn nhất của mặt đất cạnh hố đào phụ thuộc vào chiều sâu hố đào và nằm trong phạm vi umaxv/H = 0,1- 10,1%, trung bình umaxv/H = 1,1%.  Tỷ số giữa chuyển vị đứng lớn nhất với chuyển vị ngang lớn nhất thay đổi từ 0,5 đến 1,0 còn đối với đất sét mềm tới 2 lần (hình 1. Độ lún lớn nhất tại mặt đất quanh hố móng thường gặp trong khoảng cách 0,5 H từ mép móng trong đất chặt (cát và sét) còn trong đất sét mềm thì trong khoảng cách 2,0H (hình 1.  Chuyển vị ngang lớn nhất của tường chắn umaxh xuất hiện ở độ sâu z = 0,5-1,0H (chiếm 67%) và ở đầu tường z = 0 (chiếm 21%).

- Clough và O’Rourke (1990) cho kết quả nghiên cứu với đất cứng là umaxh/H = 0,05~0,25% và umaxv/H = 0~0,2%; với đất sét mềm chuyển vị lớn nhất có thể đạt tới umaxh/H = 3,2%. -9- * Tính chuyển vị của đất quanh hố đào: - Hiện có nhiều phương pháp ước lượng độ lún của đất quanh hố đào. Dưới đây xin giới thiệu phương pháp mà thành phố Thượng Hải (Trung Quốc) đã dùng và được đưa vào tiêu chuẩn của thành phố này và có sự tương tự về điều kiện địa chất công trình và địa chất thuỷ văn của Thượng Hải với các thành phố Hà Nội, Hải Phòng hoặc thành phố Hồ Chí Minh của Việt Nam. Thiết kế hố đào, phải dự tính tới các yếu tố sao đây tới môi trường xung quanh.

Tính độ lún mặt đất quanh hố đào do hạ mực nước dưới đất, do chuyển vị của tường, do trồi đáy hố và do chèn lấp đất ở khe hở quanh tường ngoài của công trình. Ảnh hưởng môi trường do dò thấm của thân tường chắn gây ra: Lượng lún của đất xung quanh hố đào do dò thấm của bùn cát kẹp không rõ rệt gây ra dự tính theo công thức: S = P.1) Trong đó: S - Lượng lún của đất (m); Hw- Chênh cao giữa mặt nước bị hạ với mực nước ngầm ban đầu, Hw = ho(m); E1-2 - Mô đun nén co của tầng đất trong phạm vi độ sâu nước hạ (kPa); P - Ứng suất phụ thêm của việc tính lún trong thời gian nước hạ thấp; P = Hw gv /4 (kPa) ; gv là tỉ trọng của nước. Ảnh hưởng của môi trường do chuyển dịch, biến dạng của kết cấu tường chắn và trồi lên của đất ở đáy móng: Chuyển dịch, biến dạng của thân tường chắn và hệ thống chống đỡ, trồi lên của đất ở đáy hố móng làm cho khối đất ở xung quanh hố móng bị lún, bị biến dạng như hình 1. Có thể tính theo các công thức sau: 1) Phạm vi ảnh hưởng của đất xung quanh hố đào, ước tính theo công thức: Bo = H.2) Trong đó: Bo - Phạm vi ảnh hưởng lún của khối đất (m); -10- H - Độ sâu của kết cấu tường chắn (m); f - Góc ma sát trong của đất (o), lấy trị bình quân gia quyền theo độ dày các lớp đất trong phạm vi độ sâu H; 2) Trị số lún lớn nhất ở xung quanh hố móng ước tính theo công thức: Smax = Vo.3) Trong đó: Smax - trị số lún lớn nhất của khối đất (m); Vo - lượng tổn thất của đất sau tường (m3/m); Vo bao gồm 2 bộ phận là tổn thất của khối đất Sw1 do dịch chuyển và biến dạng của thân tường và sự trồi lên của đất đáy hố móng Sw2 gây ra.

Sw1 có thể lấy trị số tính toán biến dạng của chống đỡ và thân tường hoặc trị số đo thực tế bằng máy đo nghiêng của công trình cùng loại. Sw2 là đường trồi lên của đất ở đáy hố móng (m3/m), lấy theo trị số đo thực tế ở công trình cùng loại hoặc tính theo công thức: Sw2 = Bj(0.