Tổng quan nghiên cứu

Việc thi công hố đào sâu trong các công trình xây dựng ngầm tại các đô thị lớn như Thành phố Hồ Chí Minh ngày càng phổ biến, đặc biệt với các công trình cao tầng có nhiều tầng hầm. Theo ước tính, chiều sâu hố đào có thể lên đến khoảng 28-30m, như công trình The One với chiều sâu hố đào khoảng -29m. Việc phân tích ứng xử của đất xung quanh hố đào sâu là vấn đề cấp thiết nhằm dự đoán chuyển vị đất nền, từ đó thiết kế biện pháp thi công an toàn, hạn chế rủi ro trong quá trình thi công.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích ứng xử của đất xung quanh hố đào sâu công trình The One tại trung tâm Quận 1, TP. Hồ Chí Minh, dựa trên mô phỏng phần mềm Plaxis 2D và so sánh với kết quả quan trắc thực tế. Nghiên cứu tập trung vào các giai đoạn thi công đào đất và thi công sàn hầm, nhằm đánh giá tính hợp lý của tường chắn, dự đoán chuyển vị đất trong các giai đoạn tiếp theo, đồng thời xác định phạm vi ảnh hưởng của hố đào đến các công trình lân cận.

Phạm vi nghiên cứu bao gồm phân tích ứng xử đất tại công trình The One với chiều sâu hố đào đến -28.85m, trong khoảng thời gian thi công từ tháng 8 đến tháng 12 năm 2015. Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp cơ sở khoa học cho thiết kế và thi công hố đào sâu, góp phần nâng cao an toàn công trình và giảm thiểu thiệt hại do biến dạng đất gây ra.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết cơ bản về áp lực ngang của đất, bao gồm:

  • Lý thuyết Mohr-Coulomb: Xác định áp lực chủ động và bị động của đất dựa trên góc ma sát trong đất và lực dính, với công thức tính áp lực đất chủ động và bị động theo chiều sâu, áp dụng cho đất dính và đất cát.

  • Lý thuyết cân bằng giới hạn dẻo (Limit Equilibrium Theory): Phân tích trạng thái cân bằng giới hạn của đất khi tường chắn chuyển vị, xác định áp lực đất tác động lên tường chắn trong trạng thái cân bằng chủ động hoặc bị động.

  • Phương pháp tính toán tường chắn theo dầm liên tục và phương pháp Sachipana (Nhật Bản): Mô hình hóa tường chắn như dầm chịu tải với các tầng chống, tính toán lực trục thanh chống và mômen uốn thân tường biến đổi theo quá trình thi công đào đất.

  • Mô hình đàn hồi và mô hình Cam-Clay: Phân tích ứng xử đất nền và tường chắn trong điều kiện biến dạng đàn hồi và dẻo, giúp mô phỏng chính xác hơn các hiện tượng chuyển vị và ứng suất trong đất.

Các khái niệm chính bao gồm áp lực đất chủ động, áp lực đất bị động, chuyển vị ngang và đứng của đất và tường chắn, vùng ảnh hưởng của hố đào, lực trục thanh chống, mômen uốn thân tường, và các giai đoạn thi công hố đào.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ công trình The One tại TP. Hồ Chí Minh, bao gồm số liệu quan trắc chuyển vị tường chắn trong các giai đoạn thi công đào đất và thi công sàn hầm. Cỡ mẫu nghiên cứu là toàn bộ chiều dài tường chắn với các điểm quan trắc chuyển vị được ghi nhận định kỳ.

Phương pháp phân tích chính là mô phỏng phần mềm Plaxis 2D, dựa trên mô hình phần tử hữu hạn, sử dụng mô hình Mohr-Coulomb để mô phỏng ứng xử đất và tường chắn trong các giai đoạn thi công. Các giai đoạn mô phỏng gồm 14 phase, từ tải trọng thiết bị thi công, kích hoạt tường vây, đào đất từng lớp đến thi công các sàn hầm tương ứng.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 8 đến tháng 12 năm 2015, tương ứng với tiến độ thi công thực tế. Kết quả mô phỏng được so sánh với số liệu quan trắc thực tế để hiệu chỉnh mô hình và đánh giá độ chính xác.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Chuyển vị ngang của tường chắn: Kết quả mô phỏng cho thấy chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây đạt khoảng 0.17% chiều sâu đào, tương đương với số liệu quan trắc thực tế. Chuyển vị này tập trung chủ yếu ở vùng đỉnh tường và giảm dần theo chiều sâu, phù hợp với các nghiên cứu trước đây.

  2. Chuyển vị đứng của đất nền: Mô phỏng và quan trắc đều ghi nhận chuyển vị đứng có xu hướng lún nhẹ tại vùng đất sau lưng tường, với giá trị chuyển vị đứng đạt khoảng vài cm, phản ánh sự biến dạng đàn hồi của đất nền trong quá trình thi công.

  3. Phạm vi vùng ảnh hưởng của hố đào: Vùng ảnh hưởng chuyển vị đất lan rộng theo chiều sâu và chiều ngang, tỷ lệ thuận với chiều sâu hố đào. Bán kính vùng ảnh hưởng ước tính khoảng 1.5 lần chiều sâu đào, phù hợp với các lý thuyết về ảnh hưởng hố đào sâu.

  4. Tính hợp lý của tường chắn: Mô phỏng lực cắt và mômen uốn trong tường cho thấy tường chắn dạng cọc barrette có khả năng chịu lực tốt, đảm bảo an toàn trong các giai đoạn thi công. Lực trục thanh chống duy trì ổn định sau khi lắp đặt, phù hợp với giả định phương pháp Sachipana.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh tường là do tác động trực tiếp của tải trọng thi công và áp lực đất chủ động tăng cao ở vùng này. So sánh với các công trình khác như Saigon Center hay Pacific, chuyển vị tường tại The One được kiểm soát tốt hơn nhờ chất lượng thi công tường chắn và biện pháp hạ mực nước ngầm hiệu quả.

Kết quả mô phỏng sát với số liệu quan trắc thực tế chứng tỏ mô hình Mohr-Coulomb trong Plaxis 2D phù hợp để phân tích ứng xử đất trong điều kiện địa chất TP. Hồ Chí Minh. Việc mô phỏng từng giai đoạn thi công giúp dự đoán chính xác chuyển vị đất và tường, từ đó đưa ra các biện pháp thi công phù hợp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ chuyển vị ngang và đứng theo chiều sâu tường, bảng so sánh giá trị mô phỏng và quan trắc, cũng như biểu đồ lực cắt và mômen uốn trong tường theo từng giai đoạn thi công.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường giám sát chuyển vị trong thi công: Thiết lập hệ thống quan trắc chuyển vị tường và đất nền liên tục, đặc biệt trong các giai đoạn đào đất sâu, nhằm phát hiện sớm các biến dạng bất thường, giảm thiểu rủi ro.

  2. Áp dụng mô hình mô phỏng đa giai đoạn: Sử dụng phần mềm Plaxis 2D hoặc tương đương để mô phỏng chi tiết từng giai đoạn thi công, giúp dự đoán chính xác ứng xử đất và tường, từ đó điều chỉnh biện pháp thi công kịp thời.

  3. Kiểm soát chất lượng thi công tường chắn: Đảm bảo thi công tường barrette đạt yêu cầu kỹ thuật, tránh các sự cố như lỗ thủng tường, sử dụng vật liệu và công nghệ phù hợp với đặc điểm địa chất và mực nước ngầm.

  4. Quản lý hạ mực nước ngầm hợp lý: Hạ mực nước ngầm thấp hơn đáy hố đào từng bước không nhỏ hơn 1m, tránh hiện tượng sụt lún nền đất và ảnh hưởng đến các công trình lân cận.

Các giải pháp trên nên được thực hiện bởi chủ đầu tư, nhà thầu thi công và đơn vị tư vấn thiết kế trong suốt quá trình thi công, với timeline áp dụng ngay từ giai đoạn chuẩn bị và kéo dài đến khi hoàn thành hố đào.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư thiết kế công trình ngầm: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và mô hình mô phỏng ứng xử đất, áp dụng vào thiết kế tường chắn và biện pháp thi công hố đào sâu.

  2. Nhà thầu thi công xây dựng: Áp dụng kết quả mô phỏng và đề xuất để kiểm soát quá trình thi công, giám sát chuyển vị và đảm bảo an toàn công trình.

  3. Chuyên gia địa kỹ thuật và địa cơ: Tham khảo các phương pháp phân tích áp lực đất, mô hình phần tử hữu hạn và các kết quả thực tế để nâng cao hiệu quả nghiên cứu và ứng dụng.

  4. Cơ quan quản lý xây dựng đô thị: Sử dụng luận văn làm tài liệu tham khảo trong việc cấp phép, giám sát và đánh giá an toàn các công trình hố đào sâu tại các khu vực đô thị lớn.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao phải phân tích ứng xử đất xung quanh hố đào sâu?
    Phân tích giúp dự đoán chuyển vị đất và tường chắn, từ đó thiết kế biện pháp thi công an toàn, tránh gây sụt lún, nứt hoặc sập đổ công trình lân cận.

  2. Phần mềm Plaxis 2D có ưu điểm gì trong mô phỏng hố đào?
    Plaxis 2D sử dụng mô hình phần tử hữu hạn, mô phỏng chính xác ứng xử đất và tường chắn theo từng giai đoạn thi công, giúp dự đoán chuyển vị và ứng suất hiệu quả.

  3. Làm thế nào để kiểm soát mực nước ngầm trong thi công hố đào?
    Hạ mực nước ngầm từng bước, đảm bảo thấp hơn đáy hố đào ít nhất 1m, sử dụng giếng khoan và hệ thống bơm hút phù hợp để tránh sụt lún và mất ổn định đất nền.

  4. Các loại tường chắn phổ biến trong hố đào sâu là gì?
    Tường cừ Larsen, tường chắn bằng cọc khoan nhồi (barrette), tường cừ bê tông cốt thép dự ứng lực là các loại tường chắn thường dùng, tùy thuộc vào điều kiện địa chất và yêu cầu công trình.

  5. Phạm vi ảnh hưởng của hố đào sâu đến đất xung quanh như thế nào?
    Phạm vi ảnh hưởng thường tỷ lệ thuận với chiều sâu hố đào, bán kính vùng ảnh hưởng có thể gấp 1.5 lần chiều sâu đào, ảnh hưởng đến chuyển vị và ứng suất đất nền lân cận.

Kết luận

  • Luận văn đã phân tích thành công ứng xử của đất xung quanh hố đào sâu công trình The One bằng mô phỏng Plaxis 2D và so sánh với số liệu quan trắc thực tế.
  • Chuyển vị ngang tường vây đạt khoảng 0.17% chiều sâu đào, chuyển vị đứng đất nền vài cm, phù hợp với các lý thuyết và thực tế thi công.
  • Phạm vi ảnh hưởng của hố đào lan rộng theo chiều sâu, cần được kiểm soát để bảo vệ các công trình lân cận.
  • Các phương pháp tính toán tường chắn như dầm liên tục, Sachipana và mô hình đàn hồi được áp dụng hiệu quả trong phân tích nội lực và chuyển vị.
  • Đề xuất các giải pháp giám sát, mô phỏng và kiểm soát thi công nhằm nâng cao an toàn và hiệu quả thi công hố đào sâu.

Tiếp theo, cần triển khai áp dụng các giải pháp đề xuất trong thực tế thi công và mở rộng nghiên cứu cho các công trình tương tự tại các khu vực đô thị khác. Quý độc giả và chuyên gia quan tâm có thể liên hệ để trao đổi và ứng dụng kết quả nghiên cứu này trong các dự án xây dựng công trình ngầm.