MỞ ĐẦU 1. Tính can thiết của đề tài - Việc đô thị hoá dẫn đến sự tăng dân số ở các thành phố, đòi hỏi công trình nhà cao tang được xây dựng ngày càng nhiều. Ngoài công năng của tang ham thì về mặt kỹ thuật, khi công trình càng cao, việc ngàm công trình vào nền đất càng sâu dé ồn định khi chịu tải ngang là điều bắt buộc, dẫn đến phải có nhiều tầng hầm. Từ đó, bài toán thiết kế hỗ đào sâu kết hợp tường chan dat đã trở thành một trong những van dé pho biến nhất của địa kỹ thuật.
- Thiết kế tường chăn đất ở Việt Nam chưa có nhiều tiêu chuẩn đề cập đến, trong 22TCN 272 - 05 có nói về áp lực ngang của đất lên tường nhưng chủ yếu hướng dẫn về tường trọng lực, còn tường chăn đất có tầng chống dạng tường mềm chưa được nhac đến. Hiện nay có nhiều tài liệu trong và ngoài nước hướng dẫn thiết kế tường chăn, chủ yếu dựa trên Eurocode 7, BS 8002. - Tính toán tường chắn theo Eurocode 7 bao gồm thoả mãn 2 trạng thái giới hạn: trạng thái giới hạn cực hạn (ULS) và trạng thái giới hạn về sử dụng (SLS) o Trạng thái giới hạn cực hạn hay còn gọi là giới hạn về cường độ dựa trên lý thuyết dẻo và sử dụng hệ số an toàn hoặc hệ số từng phần đưa vào tải trọng hoặc thông số đất. Áp lực đất tác dụng lên tường chắn được tính toán dựa trên thuyết Rankine, khi giả định sức kháng của vùng đất xung quanh được huy động hoàn toàn và chạm mặt trượt.
Sau đó hệ số từng phan duoc đưa vào dé dam bao đất ở xa trang thái giới han. Tuy vào mục đích tinh toán mà người ta dùng các phép tính khác nhau dé tìm ấn số : = Chiều sâu chôn tường dựa vảo cân bằng giới han = Kiém tra bung nên dựa vào sức chịu tải nền ở đáy hồ đào = Kiếm tra chảy tham. o Trạng thái giới hạn về sử dụng hay biến dạng dựa trên lý thuyết đàn hồi dé tính bién dạng thông qua các công thức được xây dựng trên quan hệ ứng suất - biến dạng là tuyến tính. Tính toán biến dạng của tường chắn và nên xung quanh thường chi dựa trên tương quan thực nghiệm của Terzaghi va Peck hoặc sử dụng các công cụ phan tử hữu hạn (Plaxis.) - Hiện tại việc tính toán tường chắn theo giải tích và phần tử hữu han, mỗi phương pháp có những hạn chế riêng : o Phương pháp giải tích: có sự tách biệt giữa cường độ và biến dang, bài toán tường chăn thường mới chỉ giải quyết được phân tính toán theo trạng thái giới hạn về cường độ.
o Phương pháp phan tử hữu hạn: tính toán đồng thời ứng suất và bién dạng cho đến khi hệ cân bằng lực hoặc bị phá hoại. Điều này tiễn bộ hơn giải tích khi tinh tay thi không thé giải hai thuật toán ở mỗi bước lặp được. Tuy nhiên ở các mô hình đơn giản như Mohr-Coulomb, bài toán về cường độ và biến dạng vẫn chưa mô phỏng đúng sự làm việc của đất trong không gian (v. Trong khi các mô hình cấp cao hon, lại đòi hỏi bộ thông số đầu vào phức tạp, khó có thể tìm trong thực tế nên chỉ phù hợp cho công việc nghiên cứu.
- Như vậy, sự tách biệt giữa trạng thái giới hạn về cường độ - biến dạng khi tính theo giải tích và sự phức tạp của thông số đầu vào khi sử dụng mô hình cấp cao trong phan tử hữu han, đã dẫn đến sự cần thiết của một hướng tiếp cận mới trong thực hành thiết kế. Phương pháp này có tên là “Mobilized Strength Design” hoặc “MSD”, tạm dịch là thiết kế theo sức kháng huy động, duoc Bolton và Osman dé xuất năm 2004 và hoàn thiện dần cho đến hiện nay. Phương pháp MSD có thể tính toán đồng thời ứng suất - bién dang trong cùng một thuật toán nhưng thông số đầu vào đơn giản, quan hệ ứng suất biến dạng là phi tuyến khi xây dựng riêng phương trình ứng suất - biến dạng cụ thể. Do đó MSD là một phương pháp tin cậy hơn các phương pháp giải tích hiện tại, đơn giản hơn khi sử dụng các mô hình cấp cao của phương pháp số trong thiết kế, trong khi mô hình Mohr-Coulomb có rất nhiều hạn chế.
Mục tiêu nghiên cứu Ứng dụng lý thuyết và quy trình tính toán theo phương pháp MSD của Bolton (năm 2004 đến 2011) vào tính chuyển vị tường chắn của hồ dao trong đất yếu tại Việt Nam. Kết quả thu được sẽ so sánh với phương pháp phan tử hữu hạn va quan trắc, qua đó rút ra những đánh giá và kết luận trong bước đầu sử dụng phương pháp này, mà tác giả hy vọng có thể ứng dụng cho các công trình khác trong tương lai. Phương pháp nghiên cứu Phân tích khái niệm tính toán theo trạng thái giới hạn, phần tử hữu hạn và sức kháng huy động. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính toán tường console và tường có tầng chống theo phương pháp MSD.
Áp dụng phương pháp MSD và sử dung phần mềm Plaxis vào tính toán bién dạng tường vây trong hồ đảo sâu. So sánh kết quả tính toán giữa phương pháp MSD, Plaxis và quan trắc, từ đó đưa ra kết luận kiến nghị cho tương lai. Tính khoa học và thực tiễn Giới thiệu phương pháp MSD vào thiết kế để giải quyết hạn chế của các phương pháp giải tích hiện tại khi tính toán tường vây và hỗ đào sâu theo 2 trạng thái giới hạn một cách tách biệt. Ngoài ra, phương pháp MSD khắc phục những khó khăn về sự phức tạp của thông số đầu vào khi sử dung các mô hình đất cấp cao trong Plaxis vốn chỉ phù hợp dé nghiên cứu.
Trong thực tiễn thiết kế thường sử dụng mô hình cơ bản Mohr-Coulomb tôn tại rất nhiều hạn chế khi giải bài toán hỗ đào nên cần có thêm hướng tiếp cận mới như phương pháp MSD để giảm thiểu sai sót. Hạn chế của đề tài Trong luận văn nay sẽ giới hạn phân tích tường chan trong đất sét yếu ở trạng thái tức thời không thoát nước. Các nghiên cứu về phương pháp MSD của Bolton đa phân tập trung cho tường có tầng chống trong đất yếu, còn giai đoạn console không phải là điểm mạnh của phương pháp này. Vì vậy phương pháp MSD ở giai đoạn console chi là mở rộng của lý thuyết cân băng giới hạn, do đó chưa xét đến ảnh hưởng độ cứng của tường trong giai đoạn console.
CHUONG 1: TONG QUAN VE PHƯƠNG PHAP TÍNH CHUYEN VỊ TUONG VAY THEO MSD 1.1 Tình hình nghiên cứu trên thé giới 1. Quá trình nghiên cứu - Khai niệm sức kháng huy động “mobilizable soil strength” được Bolton và cộng sự đưa ra lần đầu tiên vào năm 1989 trong bộ tác phẩm “The design of stiff in-situ walls retaining overconsolidated clay” gồm 3 tập từ năm 1989 đến năm 1990. Tuy nhiên đến năm 2004, qua thời gian nghiên cứu trong tính toán móng nông thì việc ứng dụng lý thuyết MSD vào tính toán tường chắn mới được bat đầu. Dién hình là bài báo “A new design method for retaining walls in clay” của Bolton xuất ban năm 2004 đã đặt nên tang cho hướng tiếp cận mới trong thực hành tính toán tường chắn về sau.
- Ti năm 2004 đến hiện nay, sau 10 năm hoàn thiện dần, phương pháp MSD đã có thé tính toán tường console va tường có tang chống khi cho kết qua đáng tin cay, được thể hiện trong các bài báo đã xuất bản : O A New Design Method For Retaining Walls In Clay (2004). O A New Design Approach For Retaining Walls (2004). O Ground Movement Predictions for Braced Excavations in Undrained Clay (2006). Design of braced excavations to limit ground movements (2006).
Back Analysis of Three Case Histories of Braced Excavation in Boston Blue Clay Using MSD Method (2007). Supporting excavations in clay - from analysis to decision-making (2008). Predicting And Controlling Ground Movements Around Deep Excavation (2010). Strength Mobilization In Clays And Silts (2011).
Energy Conservation as a Principle Underlying Mobilizable Strength Design for Deep Excavations (2011). Mobilisable Strength Design For Flexible Embedded Retaining Walls (2013). Kết quả nghiên cứu phương pháp MSD - Nghiên cứu gần nhất là mô hình hỗ đảo trong bài báo của Bolton năm 2011, tường vây có chiều dài L = 40 m, chiều sâu đào H= 17.5 m, các bước đảo như Sau : Chiều sâu dao không chống đợt I : 2. Đ©O0 Tang chéng dau tién tai mat dat.
Các tầng chống tiếp theo cách nhau 2.5m , va dao lần lượt thêm 2. Lap lại quá trình đào, chồng đến độ sâu dao 17. o Thông số đất nên là sét vùng Boston với sức khang cat không thoát nước được tìm bởi Hashash và White (1996): cụ= 0.5) kPa - _ Kết quả tính toán theo phương pháp MSD và phan tử hữu hạn : Wall Deflection (m) Distance behind wall (m) 015 0.0m [ 0-10 § E * a Aff { ý ole —¬— Predicted H=12.0m = by 30 4s / of « ứ iv *É ——- Predicted H=17.5m ® n rũ es ` Ne hited ® Computed H=5.50 T 0 a ` Proposed | * ; \ design envelope 0. A\ \ £ E sae 5 Xi Ưng nen Nhơn E © 2h Si “| 20 £ = œ pa Bế) VU t0 "-.20 cate | lai ` ‘| : ANN | | (c) (@) Pitt J+\ \ L 30 0.00 T T † T † 40 0 20 40 60 -2000 -1000 0 1000 2000 3000 Distance in front of wall (m) Bending Moment (kNm) Hình 1.1- So sánh kết quả tinh toán giữa MSD va FEA [10] - Ngoài ra, Bolton đã tính toán một số công trình thực tế theo phương pháp MSD, ví dụ bưu điện “Post Office Square Garage” có 7 tầng hầm và tường vây day 0.9m, kết quả tính toán được so sánh với quan trắc hiện trường : as Sveel Column Lae - -+-El +22= ma“ ni xa : : — ~”””EI.+0m ee tebe ere deren “13m lược! - Boston City Poof | El.
ị x“ ¿ Base Datum BR CB ‹.[ +-- en geet |L---- —— ores oe -4. El | el , -4 SỈ : k : -7.7m evel a - PP`» ___EI.7 ST Tớ ¬¬ cm mang ro | El.30m SỈ na std me | \ TE ' 1|. h 7m 7 see c rRrr EI.8mrpiiLevel -7 ‘al(tS to 11.6m) Testis (H&A, 1987) ' : Wirt eC ue Assumed in mm. Models to : Bearing Grave) Weathered ———Tr mal ——— : ' : Elemen EI.
Argillite LL_11lL_L_lL li H H i } (LBE) -20 m2 = 0 200 400 600 8000 20 40 60 80 100 E}. Sound "Árgitte ~~ ~~~ ~ Ệ Hình 1.
