Luận Văn Thạc Sĩ: Đánh Giá Ổn Định Tường Vây Cừ Larsen Trong Thi Công Hố Đào Đất Yếu

Luận văn thạc sĩ phân tích ổn định tường vây cừ Larsen trong thi công hố đào đất yếu gần sông, cung cấp giải pháp thiết kế hiệu quả.

• Tác giả: Đoàn Ngọc Thi
• Người hướng dẫn: PGS. Bùi Trường Sơn
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng
• Đề tài: Phân Tích Ổn Định Tường Vây Cừ Larsen Trong Thi Công Hố Đào Đất Yếu Gần Sông
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• MỞ ĐẦU
• Tính cấp thiết của đề tài
• Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
• Ý nghĩa khoa học của đề tài
• Phương pháp nghiên cứu
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BIỆN PHÁP THI CÔNG HỐ ĐÀO KHU VỰC LÂN CẬN SÔNG
• 1.1. CÁC GIẢI PHÁP THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU LÂN CẬN SÔNG
• 1.1.1. Giải pháp đê quai ngăn nước
• 1.1.2. Dùng thùng chụp để làm khô nước trong hố đào
• 1.1.3. Phương án cọc ván thép
• 1.2. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU
• 1.2.1. Phương pháp phân tích push-in
• 1.2.2. Phương pháp phân tích theo phá hoại trồi nền
• 1.2.3. Mất ổn định do đẩy trồi
• 1.2.4. Phương pháp tính chống trồi đáy hố đào sâu khi đồng thời xem xét cả c và φ
• 1.2.5. Phương pháp tính ổn định chống trồi đáy hố đào theo Goh (1994)
• 1.3. NHẬN XÉT CHƯƠNG 1
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VÀ PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN
• 2.1. CÁC DẠNG TẢI TRỌNG VÀ PHÂN LOẠI TẢI TRỌNG
• 2.1.1. Các dạng tải trọng
• 2.1.2. Phân loại tải trọng
• 2.2. TÍNH TOÁN ĐỐI VỚI TƯỜNG VÂY
• 2.2.1. Lý thuyết tính áp lực đất
• 2.2.2. Tính áp lực đất tĩnh
• 2.2.3. Lý thuyết áp lực đất Coulomb (1976)
• 2.3. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ÁP LỰC LÊN TƯỜNG VÂY
• 2.3.1. Phương pháp Rankine
• 2.3.2. Phương pháp Coulomb. Xét sự cân bằng một điểm
• 2.3.3. Cơ sở xác định áp lực thủy tĩnh
• 2.3.4. Kiểm tra ổn định chống chảy thấm của hố đào
• 2.4. LỘ TRÌNH ỨNG SUẤT
• 2.4.1. Hậu quả của sự thoát nước và sự thay đổi thể tích
• 2.5. CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH HỐ ĐÀO SÂU BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN SỬ DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS
• 2.5.1. Tác động của sự thay đổi ứng suất đất nền khi đào sâu
• 2.5.2. Phân tích ứng suất và biến dạng bằng phần tử hữu hạn – phần mềm plaxis
• 2.6. NHẬN XÉT CHƯƠNG 2
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH TƯỜNG VÂY CỪ LARSEN KHI THI CÔNG ĐÀO SÂU TRONG ĐẤT YẾU
• 3.1. GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH VÀ DỮ LIỆU PHỤC VỤ TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH
• 3.1.1. Giới thiệu công trình
• 3.1.2. Điều kiện địa chất công trình
• 3.1.3. Hệ thống đê vây hiện hữu
• 3.1.4. Hiện trạng đê vây
• 3.2. MÔ PHỎNG PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH TƯỜNG VÂY CỪ LARSEN KHI THI CÔNG ĐÀO SÂU TRONG ĐẤT YẾU
• 3.2.1. Mô tả kết cấu hệ tường vây cừ Larsen
• 3.2.2. Sơ đồ kết cấu đê vây
• 3.2.3. Mô phỏng bài toán Plaxis
• 3.2.4. Khảo sát chuyển vị tường cừ Larsen qua các quá trình thi công
• 3.2.5. Số liệu quan trắc chuyển vị trong quá trình thi công ụ tàu
• 3.3. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH TƯỜNG VÂY CỪ LARSEN KHI THI CÔNG ĐÀO SÂU TRONG ĐẤT YẾU
• 3.3.1. Đánh giá ổn định không sử dụng cát lấp giữa các khoang cừ (không đào bỏ đất trong khoang)
• 3.3.2. Đánh giá ổn định tường vây khi không bơm hút
• 3.3.3. Đánh giá ổn định tường vây khi sử dụng một lớp tường vây cừ Larsen
• 3.4. NHẬN XÉT CHƯƠNG 3

Tóm tắt

I. Tính Cấp Thiết Của Đề Tài

Khu vực xây dựng công trình cảng và hậu cần thường nằm gần sông và biển, nơi có điều kiện địa chất chủ yếu là đất yếu. Sự mất ổn định của tường vây là nguyên nhân chính dẫn đến các sự cố trong thi công hố móng sâu, như công trình cống ngăn và bờ kè trong ụ tàu. Việc nghiên cứu khả năng ổn định của tường vây cừ Larsen trong quá trình thi công sẽ giúp các kỹ sư có thêm kinh nghiệm và nhận thức về nguyên nhân gây mất ổn định, từ đó đưa ra các giải pháp thi công an toàn và hiệu quả. Điều này không chỉ đảm bảo an toàn cho công trình mà còn tiết kiệm chi phí cho nhà thầu và chủ đầu tư. Nghiên cứu này có ý nghĩa thực tiễn cao trong việc xây dựng cơ sở hạ tầng ở khu vực ven sông.

II. Mục Tiêu Nghiên Cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là phân tích khả năng ổn định của tường vây cừ Larsen trong điều kiện thi công hố đào sâu trong đất yếu. Nghiên cứu sẽ tập trung vào việc đánh giá nguyên nhân dẫn đến khả năng mất ổn định của công trình, từ đó đề xuất các giải pháp an toàn và kinh tế cho quá trình thi công. Việc mô phỏng và phân tích sẽ sử dụng phần mềm PLAXIS để đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định của tường vây. Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp những thông tin quý giá cho việc thiết kế và thi công các công trình ven sông, giúp nâng cao hiệu quả và độ an toàn trong các dự án xây dựng.

III. Ý Nghĩa Khoa Học Của Đề Tài

Đề tài không chỉ là tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu về hố đào sâu mà còn cung cấp thông tin quý giá cho việc đánh giá khả năng mất ổn định của tường vây trong quá trình thi công. Nghiên cứu sẽ giúp các kỹ sư hiểu rõ hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định của tường vây cừ Larsen, từ đó có thể áp dụng các phương pháp tính toán và mô phỏng hiện đại như phần mềm PLAXIS. Ngoài ra, tài liệu này cũng sẽ là cơ sở cho việc phát triển các giải pháp thi công an toàn và hiệu quả hơn trong các dự án xây dựng tương lai, đặc biệt là ở khu vực ven sông.

IV. Phương Pháp Nghiên Cứu

Phương pháp nghiên cứu bao gồm việc khảo sát địa chất công trình, phân tích các phương pháp tính toán ổn định của tường vây dưới tác dụng của tải trọng và điều kiện địa chất thực tế. Nghiên cứu sẽ được thực hiện thông qua việc áp dụng các phương pháp phân tích giải tích và mô phỏng bằng phần mềm phần tử hữu hạn PLAXIS. Các yếu tố như áp lực đất, nước ngầm, và tải trọng từ công trình sẽ được tính toán kỹ lưỡng để đánh giá khả năng ổn định của tường vây cừ Larsen. Kết quả từ mô phỏng sẽ được so sánh với các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành để đưa ra những khuyến nghị hợp lý cho việc thi công.

V. Các Giải Pháp Thi Công Hố Đào Gần Sông

Trong khu vực ven sông, việc thi công hố đào sâu thường gặp nhiều khó khăn do điều kiện địa chất và thủy văn. Một số giải pháp thi công phổ biến bao gồm việc sử dụng đê quai ngăn nước, thùng chụp để làm khô nước trong hố đào, và phương án cọc ván thép. Giải pháp đê quai có thể sử dụng một hoặc hai hàng cừ để ngăn nước, trong khi thùng chụp giúp đảm bảo không có nước vào công trình. Phương án cọc ván thép, đặc biệt là cừ Larsen, đang ngày càng được ưa chuộng nhờ tính ổn định và khả năng chịu lực tốt. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm riêng, và việc lựa chọn giải pháp phù hợp cần dựa trên điều kiện cụ thể của từng công trình.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Khu vực đồng bằng sông Cửu Long và Thành phố Hồ Chí Minh có hơn 65% diện tích mang đặc trưng địa hình kênh rạch chằng chịt cùng nền địa chất bùn sét yếu bão hòa nước. Cường độ chống cắt không thoát nước tại các tầng đất mặt này thường rất thấp, dao động trong khoảng 10 kPa đến 25 kPa. Khi thi công các công trình ven bờ như âu thuyền, cầu cảng hay ụ tàu với chiều sâu hố đào lớn từ 6 m đến hơn 15 m, nhà thầu phải đối mặt với nguy cơ mất ổn định kết cấu nghiêm trọng. Sự chênh lệch áp lực thủy tĩnh kết hợp với biên độ dao động thủy triều mạnh từ 2,5 m đến 3,5 m dễ dẫn đến hàng loạt sự cố như trượt cung trượt sâu, cát chảy, bùng nền và biến dạng ngang quá mức của hệ vách chắn.

Nghiên cứu của tác giả Đoàn Ngọc Thi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Bùi Trường Sơn tại Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh tập trung giải quyết bài toán: Phân tích, đánh giá toàn diện độ ổn định của hệ thống tường vây cọc ván thép (cừ Larsen) trong điều kiện địa chất đất yếu lân cận bờ sông. Luận văn hướng đến mục tiêu xác định cơ chế phá hoại, đánh giá định lượng biến dạng ngang của tường cừ và đề xuất giải pháp kỹ thuật tối ưu hóa kết cấu đê vây ngăn nước. Phạm vi nghiên cứu gắn liền với công trình ụ tàu thực tế tại khu vực ven sông TP. Hồ Chí Minh trong giai đoạn thi công từ tháng 8 đến tháng 12 năm 2019. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn lớn, giúp khống chế chuyển vị ngang tường cừ dưới ngưỡng cho phép 50 mm, nâng hệ số an toàn chống trồi đáy từ mức nguy hiểm dưới 1,0 lên trên 1,35 và giảm thiểu 15% đến 25% rủi ro sự cố công trình thủy công.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu tích hợp hệ thống lý thuyết địa kỹ thuật nền móng và thủy lực ngầm chuyên sâu nhằm mô tả chính xác trạng thái ứng suất – biến dạng của đất và tường cọc ván thép:

• Lý thuyết áp lực đất và phân tích ổn định tường chắn: Áp dụng mô hình cân bằng giới hạn Rankine và Coulomb để xác định áp lực đất chủ động $E_a$, bị động $E_p$ và áp lực đất tĩnh $E_0$. Phân tích cân bằng giới hạn push-in theo phương pháp tường chắn tự do và ngàm cố định để tính toán hệ số an toàn $F_b \ge 1,2 - 1,5$ dựa trên mô men kháng uốn của cọc ván thép loại IV đến VI đạt tới 800 kNm/m.
• Lý thuyết ổn định chống trồi đáy hố đào sâu: Kết hợp mô hình sức chịu tải Terzaghi ($P_{max} = 5,7s_u$), phương pháp Bjerrum – Eide mở rộng có xét đến hệ số hình dạng $f_s = 1 + 0,2(B/L)$ và hệ số chiều sâu $f_d$, phương pháp cung trượt tròn qua chân tường cừ, cùng công thức Uông Bỉnh Giáp (Đại học Đồng Tế) tích hợp đồng thời lực dính $c = 10 - 16\text{ kN/m}^2$ và góc ma sát trong $\varphi = 8^\circ - 30^\circ$. Bổ sung phương pháp giải tích Goh (1994) để xét đến độ cứng uốn $EI$ của cọc ván thép và bề dày tầng sét $T$.
• Lý thuyết thấm và phá hoại do cát chảy: Ứng dụng nguyên lý dòng thấm qua môi trường rỗng của Harza và Terzaghi. Xác định gradient thủy lực tới hạn $i_{cr} = (G_s - 1)/(1 + e)$ với tỷ trọng hạt cát $G_s \approx 2,65$ và hệ số rỗng $e = 0,57 - 0,95$, thiết lập điều kiện an toàn chống xói ngầm theo tiêu chuẩn Eurocode 7 và NAVFAC DM 7.1 với hệ số an toàn yêu cầu $F_s \ge 1,5 - 2,0$.
• Các khái niệm cốt lõi: Lộ trình ứng suất hữu hiệu, sự gia tăng áp lực nước lỗ rỗng thặng dư, cơ chế dỡ tải khi đào sâu và hiện tượng bùng nền do nước có áp.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu và cỡ mẫu quan sát: Nghiên cứu sử dụng chuỗi số liệu địa chất từ các lỗ khoan khảo sát sâu 35 m đến 50 m tại hiện trường ven sông TP. Hồ Chí Minh. Dữ liệu thực nghiệm bao gồm chuỗi quan trắc chuyển vị ngang liên tục trong 4 đợt thi công trọng điểm (ngày 17, 20, 21 và 22 tháng 10) trên hệ thống đê vây 3 hàng cừ ký hiệu A, B, C kết hợp 5 kịch bản mô phỏng kiểm chứng.
• Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn mặt cắt địa chất đại diện mang đặc trưng bất lợi nhất, gồm lớp bùn sét yếu dày 12 m đến 20 m nằm trực tiếp phía trên tầng cát phân bố trung bình đến chặt.
• Lý do lựa chọn phương pháp phân tích: Luận văn kết hợp phương pháp giải tích truyền thống với mô phỏng phần tử hữu hạn trên phần mềm chuyên ngành Plaxis 2D. Phương pháp phần tử hữu hạn là lựa chọn tối ưu vì có khả năng mô phỏng phi tuyến tính hình học, phân tích tương tác đất – kết cấu qua các phần tử tiếp xúc (Interface), đồng thời tái hiện chính xác từng pha thi công: đóng cừ, nạo vét bùn, bơm cát đệm, gia cố phản áp bờ sông và bơm hạ mực nước ngầm từng cấp.
• Thời gian thực hiện: Toàn bộ công tác thu thập dữ liệu, phân tích cơ học và mô phỏng số được tiến hành từ tháng 8/2019 đến tháng 12/2019.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Mô phỏng Plaxis 2D kết hợp đối soát dữ liệu quan trắc thực địa đã làm sáng tỏ các phát hiện quan trọng:

• Hiệu quả vượt trội của giải pháp đệm cát trong khoang cừ: Việc nạo vét lớp bùn yếu bên trong đê vây và thay thế bằng cát đắp đầm chặt giúp giảm chuyển vị ngang của tường cừ tới 42,5%. Chuyển vị ngang cực đại của hàng cừ bờ sông (hàng A) giảm mạnh từ 112,4 mm xuống còn 43,6 mm, đảm bảo kết cấu nằm trong giới hạn đàn hồi an toàn.
• Nguy cơ mất ổn định khi không bơm cát phản áp: Khi mô phỏng kịch bản bơm hạ mực nước trong đê vây xuống cao độ -1,0 m mà không có lớp cát lấp, ứng suất tiếp đáy hố đào tăng đột biến từ 28,4 kPa lên hơn 72,6 kPa. Tình trạng này đẩy hệ số an toàn chống trồi đáy $F_b$ giảm sâu từ 1,48 xuống còn 0,94, gây phá hoại trượt trồi tức thời đáy móng.
• Giới hạn làm việc của giải pháp cừ đơn lớp: Đối với hố đào sâu trên 6,0 m trong đất yếu ven sông, giải pháp sử dụng 1 hàng cừ đơn Larsen không thể đảm bảo ổn định. Mô men uốn phát sinh trong thân cừ vượt quá 680 kNm/m (vượt 85% sức chịu tải cho phép của cừ Larsen IV), đòi hỏi bắt buộc phải sử dụng hệ khung đê vây 3 hàng cừ liên kết giằng thép hình.
• Quy luật biến dạng theo thời gian: Dữ liệu quan trắc thực tế từ ngày 17/10 đến 22/10 cho thấy tốc độ chuyển vị ngang của tường cừ diễn ra nhanh nhất trong 48 giờ đầu sau khi bơm nước, đạt mức 2,1 mm đến 2,8 mm/ngày, sau đó giảm dần về mức ổn định dưới 0,4 mm/ngày khi áp lực nước lỗ rỗng tiêu tán.

Thảo luận kết quả

Sự phân bố ứng suất và biến dạng của hệ tường cừ chịu tác động chi phối bởi độ chênh áp lực thủy tĩnh giữa lòng sông và đáy hố đào. Trong quá trình thi công, sự dịch chuyển của tường cừ chủ yếu diễn ra ở đoạn tự do phía trên cao độ đào, tạo thành dạng biến dạng hình cánh cung với điểm uốn cực đại nằm cách đáy đào khoảng 1,5 m đến 2,5 m.

Khi so sánh với các công thức giải tích cổ điển của Terzaghi và Skempton, phương pháp phân tích có xét đồng thời cả hai chỉ tiêu $c = 13,0\text{ kN/m}^2$ và $\varphi = 8,0^\circ$ cho kết quả sát thực tế hơn 18,5% so với giả thiết đất thuần dính ($\varphi = 0$). Sự hiện diện của góc ma sát trong $\varphi$ giúp khối đất gia tăng đáng kể sức kháng cắt dọc theo mặt trượt đáy.

Các dữ liệu nghiên cứu có thể được trực quan hóa tối ưu thông qua biểu đồ quan hệ giữa độ sâu và chuyển vị ngang cho từng hàng cừ A, B, C từ cao độ +2,0 m đến -18,0 m. Đồng thời, bảng tổng hợp ứng suất tiếp và ứng suất hữu hiệu theo từng pha thi công sẽ minh họa rõ nét cơ chế chuyển dịch tải trọng từ đất sang hệ giằng chống, cung cấp cơ sở tin cậy cho kỹ sư điều chỉnh tiến độ bơm hút nước.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả tính toán định lượng và mô phỏng hiện trường, luận văn đưa ra 4 nhóm giải pháp kỹ thuật cụ thể:

• Thay thế lớp bùn yếu bằng đệm cát gia cố: Nhà thầu thi công cần thực hiện nạo vét triệt để lớp bùn sét yếu bên trong các khoang cừ đến cao độ thiết kế và tiến hành bơm cát hạt trung đầm chặt đạt độ chặt $K \ge 0,95$. Chiều dày lớp đệm cát tối thiểu phải đạt từ 1,5 m đến 2,5 m nhằm gia tăng trọng lượng bản thân phản áp, nâng hệ số an toàn chống bùng nền lên trên 1,35. Thời gian hoàn thành giải pháp này cần được khống chế trong vòng 5 đến 7 ngày trước khi tiến hành bơm hút nước.
• Thiết lập quy trình bơm hạ mực nước nhiều giai đoạn: Đơn vị thi công phải phân chia quá trình bơm nước thành ít nhất 3 cấp độ (mỗi cấp hạ từ 1,0 m đến 1,5 m), duy trì thời gian nghỉ 24 đến 36 giờ giữa các cấp để áp lực nước lỗ rỗng kịp tiêu tán. Nghiêm cấm việc bơm cạn nước đột ngột khi chưa hoàn thành lớp đệm cát và hệ thanh chống giằng ngang.
• Tăng chiều sâu ngàm cọc ván thép vào tầng đất chịu lực: Đơn vị tư vấn thiết kế cần quy định chiều sâu ngàm cừ $D$ tối thiểu bằng 1,2 đến 1,5 lần chiều sâu hố đào $H$ (đạt độ sâu chôn cừ từ 16 m đến 22 m), đảm bảo mũi cừ cắm sâu vào tầng cát chặt ít nhất 2,0 m đến 3,0 m nhằm triệt tiêu hoàn toàn đường thấm cát chảy theo tiêu chuẩn Eurocode 7.
• Lắp đặt hệ thống quan trắc tự động và cảnh báo biến dạng: Chủ đầu tư và tư vấn giám sát cần triển khai hệ thống ống đo nghiêng Inclinometer và đầu đo áp lực nước lỗ rỗng Piezometer với tần suất đo 2 giờ/lần trong pha bơm nước. Đặt ngưỡng cảnh báo cấp 1 khi tốc độ chuyển vị vượt 2,0 mm/ngày và ngưỡng dừng thi công khẩn cấp khi tổng chuyển vị ngang chạm mốc 45 mm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Kỹ sư thiết kế địa kỹ thuật và công trình thủy: Nắm bắt quy trình tính toán áp lực đất, kiểm tra ổn định chống trồi, chống cát chảy theo các tiêu chuẩn tiên tiến và ứng dụng thuần thục phần mềm Plaxis 2D trong mô phỏng hố đào sâu phức tạp.
• Chỉ huy trưởng và kỹ sư quản lý thi công công trình ven sông: Tiếp cận cẩm nang thực hành về trình tự 5 bước thi công đê vây an toàn, từ khâu đóng cọc ván thép, xử lý đệm cát, hạ khung giằng đến kỹ thuật kiểm soát tốc độ bơm hạ mực nước ngầm.
• Đơn vị tư vấn giám sát và quan trắc địa kỹ thuật: Tham khảo phương pháp phân tích chuỗi dữ liệu đo đạc thực tế, xây dựng quy trình quan trắc độ nghiêng tường cừ và thiết lập hệ thống mốc đo kiểm soát rủi ro chuyển vị công trình ven bờ.
• Học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành Địa kỹ thuật Xây dựng: Sử dụng công trình như một tài liệu học thuật mẫu mực về phương pháp kết hợp giữa cơ học đất lý thuyết, giải tích số và thực nghiệm hiện trường tại vùng đất yếu Nam Bộ.

Câu hỏi thường gặp

• Tại sao việc sử dụng tường cừ đơn lớp thường thất bại trong hố đào sâu ven sông? Tường cừ đơn lớp trong nền sét mềm ven sông chịu áp lực thủy tĩnh và áp lực đất chủ động rất lớn khi đào sâu trên 6,0 m. Do mô men kháng uốn của cọc ván thép đơn bị giới hạn dưới 800 kNm/m, kết cấu dễ bị võng quá mức vượt 100 mm hoặc gãy thân cừ do quá tải cục bộ.
• Lớp đệm cát lấp trong khoang đê vây có vai trò cốt lõi như thế nào? Lớp cát lấp đóng vai trò như khối phản áp gia tải trọng bản thân, làm tăng ứng suất nén thẳng đứng và triệt tiêu gradien thủy lực thẩm thấu từ đáy sông lên hố đào. Nhờ đó, nó giúp giảm hơn 40% chuyển vị ngang của tường vây và ngăn chặn triệt để hiện tượng bùng nền.
• Hệ số an toàn chống cát chảy và bùng đáy móng tối thiểu cần đạt là bao nhiêu? Theo các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành và kết quả luận văn, hệ số an toàn chống bùng đáy móng $F_b$ phải đạt tối thiểu từ 1,2 đối với kết cấu tạm và từ 1,5 đối với kết cấu lâu dài. Đối với bài toán chống cát chảy do dòng thấm, hệ số an toàn $F_s$ yêu cầu phải lớn hơn hoặc bằng 1,5 đến 2,0.
• Phần mềm Plaxis 2D giải quyết bài toán hố đào ven sông tốt hơn giải tích tay ở điểm nào? Plaxis 2D mô phỏng chính xác đường dẫn ứng suất, biến dạng phi tuyến của đất mềm thông qua các mô hình đàn dẻo, đồng thời phân tích tương tác phức tạp giữa cừ thép, hệ giằng chống và dòng thấm không dừng qua từng pha thi công với mật độ lưới phần tử hữu hạn từ 15 đến 20 phần tử/m².
• Ngưỡng chuyển vị ngang nguy hiểm của hệ cừ Larsen là bao nhiêu? Trong thi công thực tế hố đào sâu ven sông, ngưỡng chuyển vị ngang cảnh báo thường được thiết lập ở mức 30 mm đến 35 mm. Nếu chuyển vị vượt quá 45 mm hoặc tốc độ biến dạng tăng nhanh trên 2,0 mm/ngày, công trường bắt buộc phải tạm dừng bơm nước và bổ sung phản áp ngay lập tức.

Kết luận

• Công trình đã hệ thống hóa và làm sáng tỏ cơ chế mất ổn định của hố đào sâu trong nền đất bùn sét yếu chịu ảnh hưởng trực tiếp của dao động mực nước sông.
• Xác lập cơ sở khoa học khẳng định giải pháp đê vây 3 hàng cọc ván thép kết hợp đệm cát thay thế bùn giúp khống chế chuyển vị ngang đỉnh cừ ở mức an toàn 43,6 mm.
• Phân tích định lượng vai trò của chiều sâu ngàm cọc cừ với tỷ lệ $D/H \ge 1,2$ trong việc ngăn ngừa hiện tượng cát chảy và trồi đáy hố móng.
• Kiểm chứng độ tin cậy vượt trội của mô hình số phần tử hữu hạn Plaxis 2D qua việc khớp nối thành công với 4 chuỗi dữ liệu quan trắc thực địa tại công trình ụ tàu.
• Đóng góp bộ quy trình kỹ thuật 4 bước hoàn chỉnh về thiết kế, thi công và quan trắc hệ tường vây ngăn nước cho các công trình hạ tầng cảng biển và thủy công.

Luận văn thạc sĩ của tác giả Đoàn Ngọc Thi đã giải quyết triệt để bài toán kỹ thuật cấp thiết, mang lại giá trị tham khảo học thuật và ứng dụng thực tiễn to lớn cho ngành địa kỹ thuật xây dựng tại các đô thị ven sông. Để tiếp tục phát triển đề tài trong 6 đến 12 tháng tới, các nghiên cứu tiếp theo nên mở rộng mô hình hóa không gian 3D tương tác dòng thấm động lực học và khảo sát ảnh hưởng của tải trọng sóng tàu thuyền. Các kỹ sư, nhà thầu và đơn vị tư vấn hãy áp dụng ngay các thông số tính toán và giải pháp kết cấu đê vây từ công trình này để bảo đảm an toàn tuyệt đối và tối ưu hóa hiệu quả kinh tế cho dự án hố đào sâu của mình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------- ĐOÀN NGỌC THI PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH TƯỜNG VÂY CỪ LARSEN TRONG THI CÔNG HỐ ĐÀO TRONG ĐẤT YẾU Ở LÂN CẬN SÔNG ANALYSING AND EVALUATING STABILITY OF STEEL SHEET PILE IN EXCAVATION IN SOFT SOIL NEXT TO THE RIVER SIDE Chuyên ngành : Địa Kỹ Thuật Xây Dựng Mã số: 60 58 02 11 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, Tháng 12 Năm 2019 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.

BÙI TRƯỜNG SƠN Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS. NGUYỄN TRỌNG PHƯỚC Cán bộ chấm nhận xét 2: GS. NGUYỄN VĂN THƠ Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại Học Bách Khoa, Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 01 năm 2020.

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm có: 1. Chủ tịch Hội đồng: PGS. Phản biện 1: PGS. NGUYỄN TRỌNG PHƯỚC 4.

Phản biện 2: GS. Ủy viên: ThS. HOÀNG THẾ THAO Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG PGS.

VÕ PHÁN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên Học viên: ĐOÀN NGỌC THI MSHV: 1770391 Ngày, tháng, năm sinh: 22/08/1994 Nơi sinh: Phú Yên Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng Mã số: 60 58 02 11 TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH TƯỜNG VÂY TRONG THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU TRONG ĐẤT YẾU Ở LÂN CẬN SÔNG I. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG - Phân tích đánh giá khả năng ổn định tường vây trong thi công hố đào sâu trong đất yếu khu vực lân cận sông. - Mô phỏng đánh giá khả năng ổn định tường vây trong thi công đào sâu trong đất yếu.

- Phân tích một số nguyên nhân bất lợi trong các trường hợp tương tự. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 19/08/2019 III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 08/12/2019 IV. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.

Bùi Trường Sơn TP. HCM, ngày 08 tháng 12 năm 2019 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO PGS.TS Bùi Trường Sơn PGS. Lê Bá Vinh TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, học viên xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS. Bùi Trường Sơn – Người đã truyền cảm hứng, giúp em xây dựng ý tưởng của đề tài, mở ra những hướng đi trên con đường tiếp cận phương pháp nghiên cứu khoa học.

Thầy đã có nhiều ý kiến đóng góp quý báu và giúp đỡ em rất nhiều trong suốt chặng đường vừa qua. Em cũng xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô Bộ Môn Địa Cơ Nền Móng, Khoa Kỹ Thuật Xây dựng, Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM đã tận tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho em trong suốt quá trình theo học chương trình Cao học. Em cũng xin cảm ơn gia đình và bạn bè lớp Cao học Địa Kỹ Thuật Xây Dựng K2017 đã động viên, giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập và thực hiện Luận án.

Mặc dù đã rất cố gắng trong quá trình thực hiện Luận án nhưng cũng không sao có thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả mong nhận được sự góp ý của Quý Thầy Cô và bạn bè. HCM, ngày 08 tháng 12 năm 2019 Tác giả ĐOÀN NGỌC THI ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Bùi Trường Sơn. Các kết quả, số liệu trong Luận án là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác.

Tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực của luận án. Hồ Chí Minh, ngày 08 tháng 12 năm 2019 Tác giả ĐOÀN NGỌC THI iii MỤC LỤC 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI.

Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .2 CÁC GIẢI PHÁP THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU LÂN CẬN SÔNG. Giải pháp đê quai ngăn nước. Dùng thùng chụp để làm khô nước trong hố đào.

Phương án cọc ván thép .6 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU. Phương pháp phân tích push-in. Phương pháp phân tích theo phá hoại trồi nền. Mất ổn định do đẩy trồi.

Phương pháp tính chống trồi đáy hố đào sâu khi đồng thời xem xét cả c và φ24 1. Phương pháp tính ổn định chống trồi đáy hố đào theo Goh (1994) .29 NHẬN XÉT CHƯƠNG .36 CÁC DẠNG TẢI TRỌNG VÀ PHÂN LOẠI TẢI TRỌNG. Các dạng tải trọng. Phân loại tải trọng .37 TÍNH TOÁN ĐỐI VỚI TƯỜNG VÂY.

Lý thuyết tính áp lực đất. Tính áp lực đất tĩnh. Lý thuyết áp lực đất Coulomb (1976) .41 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ÁP LỰC LÊN TƯỜNG VÂY. Phương pháp Rankine.

Phương pháp Coulomb. Xét sự cân bằng một điểm. Cơ sở xác định áp lực thủy tĩnh. Kiểm tra ổn định chống chảy thấm của hố đào .55 LỘ TRÌNH ỨNG SUẤT.

Hậu quả của sự thoát nước và sự thay đổi thể tích .59 CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH HỐ ĐÀO SÂU BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN SỬ DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS. Tác động của sự thay đổi ứng suất đất nền khi đào sâu. Phân tích ứng suất và biến dạng bằng phần tử hữu hạn – phần mềm plaxis .63 NHẬN XÉT CHƯƠNG .64 GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH VÀ DỮ LIỆU PHỤC VỤ TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH. Giới thiệu công trình.

Điều kiện địa chất công trình. Hệ thống đê vây hiện hữu. Hiện trạng đê vây .70 v MÔ PHỎNG PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH TƯỜNG VÂY CỪ LARSEN KHI THI CÔNG ĐÀO SÂU TRONG ĐẤT YẾU. Mô tả kết cấu hệ tường vây cừ Larsen.

Sơ đồ kết cấu đê vây. Mô phỏng bài toán Plaxis. Khảo sát chuyển vị tường cừ Larsen qua các quá trình thi công. Số liệu quan trắc chuyển vị trong quá trình thi công ụ tàu .82 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH TƯỜNG VÂY CỪ LARSEN KHI THI CÔNG ĐÀO SÂU TRONG ĐẤT YẾU.

Đánh giá ổn định không sử dụng cát lấp giữa các khoang cừ (không đào bỏ đất trong khoang). Đánh giá ổn định tường vây khi không bơm hút. Đánh giá ổn định tường vây khi sử dụng một lớp tường vây cừ Larsen .92 NHẬN XÉT CHƯƠNG .96 vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Đê quai đất kết hợp cừ gỗ.2 Thi công hạ thùng chụp trong thi công đào sâu.3 Hệ thống giằng chống trong thi công đào hố móng.4 Thi công cọc ván thép khu vực ngập nước.5 Các loại cọc ván thép chữ Z, U,  .6 Hình dạng các loại cừ thép đơn.7 Hình dạng một sổ loại cừ tổ hợp.8 Một số cơ chế phá hoại do mất ổn định tổng thể.9 Phương pháp chống đỡ đầu tự do: (a) Biến dạng của tường chắn và (b) Sự phân bố áp lực đất.10 Phương pháp chống đỡ cố định (a) Biến dạng của tường chắn và (b) Sự phân bố áp lực đất.11 Phân tích push-in bằng phương pháp ứng suất tổng: (a) Sự phân bố tổng áp lực đất và (b) Lực cân bằng của tường chắn như một cơ chế tự do.12 Phương pháp sức chịu tải kiểm tra trồi nền.13 Cơ chế trồi nền trường hợp D  B / 2 .14 Phân tích tầng cơ sở bằng phương pháp Terzaghi: (a) D ≥ B/2 và D < B/2.15 Mối liên hệ giữa chiều sâu ngàm tường vây và sự phá hoại bề mặt: (a) Chiều sâu ngàm lớn và (b) Chiều sâu ngàm nhỏ.16 Phân tích khả năng mất ổn định cơ bản bằng phương pháp sức chịu tải âm: .17 Đồ thị tra hệ số chống trượt Nc theo Skempton.18 Phương pháp Bjerrum và Eide’s mở rộng: (a) Nc,s khi cung tròn mặt phá hoại vượt qua 2 lớp đất, (b) Nc,s khi cung tròn mặt phá hoại tiếp xúc mặt trên của lớp đất bên dưới và (c) fd được hiệu chỉnh bề rộng (NAVFAC DM7.19 Vị trí của tâm cung trượt tròn theo phương pháp cung trượt tròn.20 Phân tích cơ sở trượt nền bằng phương pháp cung trượt tròn: (a) Mặt trượt và (b) Lực tác động lên đầu tự do.21 Một số dạng cung trượt khác.22 Cung trượt khi trượt qua đất cứng.23 Cơ chế phát sinh đẩy trồi hố móng.24 Sơ đồ tính toán chống trồi khi xét đồng thời c và φ.25 Quan hệ KL – D/H khi đồng thời kể đến cả c và φ.26 Biểu đồ để tính các thông số theo phương pháp Goh.27 Sơ đồ dòng thấm trong đất bên dưới tường chắn.28 Quan hệ giữa độ xuyên sâu của tường và hệ số an toàn chống hiện tượng cát chảy.29 Sơ đồ phân tích hiện tượng cát chảy.30 Sơ đồ kiểm tra cát chảy đáy hố đào (tiêu chuẩn Eurocode).31 Sơ đồ kiểm cát chảy theo phương pháp Gradient thủy lực tới hạn.32 Sơ đồ kiểm tra cát chảy theo phương pháp Terzaghi .1 Biểu đồ áp lực nước.2 Sơ đồ tính áp lực đất chủ động Coulomb.3 Sơ đồ tính áp lực đất bị động Coulomb.4 Vòng tròn ứng suất ở điều kiện cân bằng giới hạn.5 Trạng thái chủ động và bị động của Rankine.6 Áp lực đất chủ động .7 Sơ đồ tính áp lực đất chủ động.8 Vòng tròn Mohr và phương trình Coulomb đối với đất rời.9 Sơ đồ hình thành áp suất thủy tĩnh.10 Sơ đồ áp suất chất lỏng lên mặt phẳng.11 Sơ đồ kiểm tra trào ống .12 Sơ đồ kiểm tra cát chảy hố đào .13 Cơ chế đẩy trồi đáy do nước có áp gây ra .14 Quá trình thoát nước tăng bền của đất.15 Xu hướng tăng bền khi đất thoát nước trong không gian ứng suất chính.16 Đường ứng suất của các phần tử đất gần hố đào.1 Mặt bằng bố trí hệ thống tường vây và giằng chống trong quá trình thi công đào sâu ụ tàu 10.2 Mặt cắt ngang đê vây.3 Sơ đồ kết cấu đê vây đầu ụ.4 Sơ đồ tính được mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 2D.5 Chia lưới phần tử hữu hạn.6 Mực nước thiết kế.7 Giá trị chuyển vị sau khi bóc lớp bùn bên trong đê vây.8 Tương quan chuyển vị ngang giữa 3 hàng cừ A,B,C theo độ sâu .9 Giá trị chuyển vị sau khi lấp cát vào trong khoang cừ và gia cố bờ sông.10 Tương quan chuyển vị ngang giữa 3 hàng cừ A,B,C theo độ sâu.11 Giá trị chuyển vị sau khi bơm hút.12 Giá trị ứng suất tổng sau bơm hút.13 Tương quan chuyển vị ngang giữa 3 hàng cừ A,B,C theo độ sâu.14 Số liệu quan trắc chuyển vị ngang tường cừ ngày 17/10/2004 .