Đặt vấn đề Chuyển vị ngang quá mức của tường vây và kết hợp với lún của bề mặt mặt đất thường là những nguyên nhân chính gây ra thiệt hại của các tòa nhà lân cận. Do đó, bắt buộc phải giảm thiểu tối đa chuyển vị tường vây trong quá trình đào hầm là mối quan tâm hàng đầu để bảo vệ tính toàn vẹn của tòa nhà liền kề. Ngày nay cùng với sự phát triển về kinh tế, nhu cầu sử dụng phần không gian dưới mặt đất để xây dựng công trình ngày càng phổ biến và bức thiết, nhất là trong các thành phố lớn như thành phố Hồ Chí Minh. Các công trình xây dựng này có phần kết cấu ngầm sâu trong đất.
Điều này đã trở thành xu thế chính trong quá trình hiện đại hóa các thành phố lớn. Hố đào sâu ở trong thành phố thường được tiến hành với mật độ dày đặt trong khu vực đô thị. Vì vậy, hầu hết các công trường xây dựng được bao quanh bởi các tòa nhà xung quanh. Các trường hợp xây dựng gây thiệt hại đến hàng trăm công trình dân cư lân cận thường được báo cáo là do các dự án hố đào sâu do thiếu kiểm soát đúng đắn chuyển vị của mặt đất gây nên những vụ kiện tụng và thiệt hại tài chính lớn thường không thể tránh khỏi đối với các sự cố như vậy.
Vì vậy, bất cứ khi nào có một dự án đào sâu thì đều được lên kế hoạch, sự an toàn của tòa nhà liền kề là một mối quan tâm lớn của chủ đầu tư, các kỹ sư. Tính toàn vẹn của công trình lân cận có thể được bảo vệ bởi việc gia cố tường vây. Vì vậy, làm giảm sự dịch chuyển tường vây liên quan đến hố đào sử dụng những biện pháp phụ trợ là những sự lựa chọn khả thi. Hai giải pháp thường được chọn lựa là biện pháp tăng cường giằng hệ chống và / hoặc tăng sức kháng bị động bằng cách cải tạo đất dưới đáy hố đào (Hsieh, H., and Ou at 2003) [16].
Thông thường sự dịch chuyển mặt đất có thể gây ra ít hoặc không gây thiệt hại cho kết cấu tòa nhà là tốt nhất. Tuy nhiên, công trình dễ bị nứt và thiệt hại đáng kể ngay cả khi dịch chuyển mặt đất là nhỏ. Sử dụng giải pháp chống đỡ hố đào để đảm bảo sự an toàn cho công trình lân cận trong lớp đất yếu thì có thể phải dùng chiều dày tường vây lớn điều đó gây nên sự tốn kém về chi phí xây dựng, hoặc nếu dùng biện pháp bằng thanh chống mà vẫn không đảm bảo chuyển vị công trình được thỏa mãn trong điều kiện cho phép. Sử -2- dụng kết hợp phun vữa áp lực cao dưới đáy hố đào có thể giải quyết được những khó khăn trong quá trình thi công do chuyển vị gây ra.
Mục tiêu Mục đích của phương pháp phun vữa áp lực cao là để tăng sức kháng bị động cho đất trong khu vựa đáy hố đào. Do đó, giúp đỡ trong việc giảm chuyển vị ngang tường vây trong quá trình đào. Những tác dụng khác như: xây dựng trong bùn và ngăn việc thoát nước cũng làm giảm nguyên nhân gây lún đất xung quanh. Lún mặt đất công trình lân cận do hạ mực nước ngầm cũng không đáng kể.
Dịch chuyển của mặt đất trong khu vực hố đào có bùn chảy là không đáng kể Một số lượng lớn các loại cọc xi măng đất sử dụng công nghệ Jet grouting cải tạo đất sử dụng trong các hố đào áp dụng ở nhiều nước trên thế giới. Có thể là do thực tế rằng loại hình này cải tạo đất là tương đối dễ dàng sản xuất và dễ dàng thực hiện. Tuy nhiên, phương pháp phân tích và ý tưởng thiết kế vẫn còn đánh giá cao kinh nghiệm và thiếu một phương pháp thiết kế rõ ràng vào thời điểm này. Và phân tích những vấn đề này thường đòi hỏi một khối lượng tính toán lớn, nên phương pháp Phần tử Hữu Hạn được sử dụng.
Từ kết quả quan trắc thực tế của công trình thật sẽ được đem so sánh với kết quả mô phỏng bằng phương pháp PTHH để chứng minh tính hợp lý và hiệu quả của mô hình có sử dụng cột Jet Grouting gia cố đất trong hố đào. Nghiên cứu ảnh hưởng của vị trí lắp đặt cột jet grouting, khoảng cách giữa các cột, tỷ lệ cải thiện mặt đất của các cột đến chuyển vị của tường vây. Xây dựng các mối quan hệ giữa các phương pháp tính. Nội dung nghiên cứu Luận văn này trình bày ứng dụng của phương pháp phun vữa áp lực cao để giảm chuyển vị ngang tường vây trong quá trình thi công tầng hầm.
Có thể giải quyết chuyển vị vượt quá giới hạn của các tòa nhà liền kề với công trình đang xây dựng trong phạm vi có thể chấp nhận được. Trong phương pháp này, một phần khối lượng đất trong khu vực hố đào được thay thế bằng các cột vữa áp lực cao trong nỗ lực để tăng sức kháng thụ động của đất, như là một biện pháp hiệu quả để -3- hạn chế chuyển vị ngang tường vây. Sơ bộ về nội dung nghiên cứu đề tài, tác giả tập trung chủ yếu vào những nội dung sau: • Chương 1: Từ những nghiên cứu của những tác giả khác, tác giả tổng hợp giới thiệu phần tổng quan các vấn đề về hố đào sâu và khoan phụt cao áp “ JET GROUTING”, đưa ra cái nhìn tổng thể, những điều còn hạn chế để tiếp tục nghiên cứu. • Chương 2: Để đáp ứng được những việc tính toán và nghiên cứu, tác giả đi sâu tìm hiểu những cơ sở lý thuyết làm nền tản, đưa ra được những thông số của mô hình hợp lý.
• Chương 3: Tương quan tính toán công trình thực tế bằng các mô hình phần tử hữu hạn và kết quả quan trắc thực tế, từ đó rút ra những kết luận và đề xuất những giải pháp hiệu quả. • Kết luận và kiến nghị 4. Phương pháp nghiên cứu Xuất phát từ những yêu cầu thực tế nêu trên và kế thừa các kết quả nghiên cứu của các tác giả trên thế giới, tác giả đã tiếp cận đề tài: “Nghiên cứu sử dụng giải pháp Jet Grouting giảm chuyển vị ngang của hố đào sâu“ và tác giả chọn đề xuất giải pháp thiết kế dùng phương pháp phần Tử Hữu Hạn để so sánh kết quả. Luận văn tập trung nghiên cứu những vấn đề sau: Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết tính toán Nghiên cứu lý thuyết về phần tử hữu hạn (FEM) Mô phỏng bài toán công trình thực tế bằng PTHH sử dụng phần mềm Plaxis So sánh với quan trắc thực tế công trình Mô phỏng công trình có sử dụng cột Jet Grouting bằng PTHH (PP RAS) sử dụng phần mềm Plaxis Mô phỏng Công trình có sử dụng cột Jet Grouting bằng PTHH (PP EMS) sử dụng phần mềm Plaxis -4- Thu thập, phân tích, tính toán, tổng hợp để xây dựng các mối tương quan Kết luận và nhận xét 5.
Phạm vi nghiên cứu Theo Ou và Wu (1990) [26], cải tạo đất ở phía bên thụ động có hiệu quả hơn là cải tạo đất ở phía chủ động. Vì vậy, chỉ có đất được cải thiện trong khu vực hố đào được xem xét trong luận văn này. Thực tế để tính toán cho những hố đào có sử dụng gia cố đất bằng cột Jet Grouting thì đòi hỏi khối lượng tính toán lớn, nên trong phạm vi luận văn chỉ sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn plaxis để mô phỏng. Có hai phương pháp mô phỏng được lựa chọn: + (Phương Pháp RAS): mô phỏng thật các tính chất vật liệu của đất đã được cải tạo, và những thuộc tính đất chưa được cải tạo riêng biệt.
+ (Phương pháp EMS): Các thuôc tính đất được cải tạo và chưa cải tạo xem là thuộc tính tương tương. Dự tính kết quả nghiên cứu Sau khi có kết quả mô phỏng bằng phương pháp PTHH thì ta có được các biểu đồ chuyển vị của tường vây, đem so sánh với kết quả quan trắc thì thấy chuyển vị của tường vây khi có gia cố cột Jet Grouting sẽ giảm. từ đó thấy được tính hiệu quả và kinh tế của phương pháp. Xây dựng được biểu đồ mối quan hệ giữa tỷ lệ đất được cải tạo với chuyển vị ngang của tường vây.
Gới hạn đề tài Đề tài chỉ mới xét đến mô hình trong Plaxis là mô hình Hardening soil chưa xét đến những mô hình của đất khác. Chỉ xét đến phương pháp gia cố đất trong hố đào bằng các trụ xi măng, mà chưa xét đến những dạng gia cố khác như: kiểu tường là dạng kết nối các cột của đất được cải thiện thành một dạng tường, hoặc dạng khối là dạng mà các đất trong khu vực được cải thiện được thay thế bằng mội khối xi măng. Ý nghĩa đề tài Gới thiệu thêm một giải pháp mới giúp bảo vệ các hố đào sâu xây dựng chen trong thành phố, khi mà các biện pháp chống đỡ không có hiệu quả lớn. Trong tương lai đề tài sẽ là một tài liệu tham khảo quý giá và bổ ích cho các hố đào sâu tương tự về vấn đề mô phỏng, ứng dụng công nghệ Jet-grouting để chống chuyển vị ngang hố đào.
-6- CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ VỀ HỐ ĐÀO SÂU VÀ KHOAN PHỤT CAO ÁP JET GROUTING 1. Tổng quan các vấn đề về hố đào sâu 1. Đặc điểm hố đào sâu Các công trình này tập trung trong những khu dân cư đông đúc, khả năng giao thông hạn chế, phần lớn là xây chen nên việc thi công hố đào rất khó khăn. Yêu cầu tất yếu đặt ra là hố đào phải đảm bảo tính ổn định, cũng như chuyển vị của hố đào phải được khống chế trong giới hạn cho phép, tránh gây tác động xấu cho các công trình hiện hữu lân cận.
Công trình ngầm và nền móng bị hư hỏng có thể chiếm tới hai phần ba sự cố các công trình xây dựng. Việc thiết kế, thi công nền móng và sử dụng công trình ngầm gây hư hỏng có nhiều nguyên nhân. Nguyên nhân có thể là do sự thiếu hiểu biết, thiếu kinh nghiệm, thiếu năng lực, thiếu tính chuyên nghiệp và đạo đức nghề nghiệp của người kỹ sư, chủ đầu tư và nhà quản lý. Sự sụp đổ của hệ thống chống đỡ của đất trong hố đào sâu không nhất thiết là sự sụp đổ của hệ thống kết cấu, những kiểu phá hoại khác bao gồm sự biến dạng quá mức của đất và hệ thống kết cấu chống đỡ của đất, đánh giá mực nước ngầm không đầy đủ, và độ bền của kết cấu chống đỡ đất dẫn đến kết quả sụp đỗ trong quá trình thi công và sử dụng.
