Tổng quan nghiên cứu

Tại các đô thị lớn như Thành phố Hồ Chí Minh, quỹ đất ngày càng hạn hẹp, dẫn đến nhu cầu khai thác không gian ngầm, đặc biệt là tầng hầm các công trình cao tầng, ngày càng tăng. Theo ước tính, chiều sâu hố đào tầng hầm có thể lên đến khoảng 15-20 mét hoặc hơn, đồng thời số tầng hầm cũng gia tăng nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng và tăng tính ổn định cho kết cấu công trình. Tuy nhiên, thi công hố đào sâu tiềm ẩn nhiều rủi ro liên quan đến chuyển vị và ổn định của tường vây, ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn công trình và các công trình lân cận.

Luận văn tập trung nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây hố đào sâu thi công theo biện pháp Bottom-up tại khu vực Quận Tân Bình, Thành phố Hồ Chí Minh. Mục tiêu cụ thể gồm đánh giá tác động của chiều sâu, bề dày tường vây, khoảng cách các thanh chống ngang và lực kích trước trong hệ chống ngang đến chuyển vị tường vây. Nghiên cứu sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn với phần mềm Plaxis 2D v20, mô phỏng công trình thực tế tại dự án Cao ốc Văn phòng ETOWN 5.

Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong khu vực Quận Tân Bình, với dữ liệu khảo sát địa chất và thiết kế thi công thực tế. Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp cơ sở khoa học cho kỹ sư thiết kế biện pháp thi công hố đào sâu, giúp kiểm soát chuyển vị tường vây, đảm bảo an toàn và tối ưu chi phí thi công. Đồng thời, kết quả nghiên cứu góp phần làm tài liệu tham khảo cho các công trình nghiên cứu tiếp theo và đào tạo chuyên ngành kỹ thuật xây dựng, địa kỹ thuật.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết áp lực đất Rankine và Coulomb: Cung cấp cơ sở tính toán áp lực đất chủ động và bị động tác dụng lên tường vây, dựa trên các giả định về trạng thái cân bằng giới hạn và góc ma sát đất.

  • Mô hình Hardening Soil (HS): Mô hình phần tử hữu hạn phi tuyến tính mô tả ứng xử đàn hồi dẻo của đất nền, bao gồm các thông số độ cứng đất như mô đun biến dạng E50, Eoed, Eur, phụ thuộc vào ứng suất hiệu quả. Mô hình này được đánh giá phù hợp để dự đoán chuyển vị ngang của tường vây trong quá trình thi công.

  • Khái niệm chuyển vị ngang tường vây: Là biến dạng ngang của tường vây hố đào dưới tác động của tải trọng đất, nước ngầm và lực từ hệ chống ngang. Chuyển vị này cần được kiểm soát trong giới hạn cho phép để đảm bảo ổn định hố đào và an toàn công trình.

  • Các yếu tố hình học và cơ học ảnh hưởng: Chiều sâu và bề dày tường vây, khoảng cách giữa các thanh chống ngang, lực kích trước trong hệ chống ngang là các tham số quan trọng ảnh hưởng đến độ cứng tổng thể và chuyển vị tường vây.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu khảo sát địa chất thực tế tại công trình Cao ốc Văn phòng ETOWN 5, Quận Tân Bình, bao gồm thông số đất nền, mực nước ngầm, thiết kế tường vây và hệ chống ngang.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phần mềm Plaxis 2D v20 để mô phỏng phần tử hữu hạn, áp dụng mô hình Hardening Soil cho đất nền. Mô hình tính toán được xây dựng dựa trên mặt cắt C1-C1 của công trình, với các thông số hình học và cơ lý đất được nhập chính xác.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mô hình mô phỏng dựa trên dữ liệu thực tế của một công trình cụ thể, đại diện cho điều kiện địa chất và thi công tại khu vực nghiên cứu. Việc lựa chọn mô hình phần tử hữu hạn nhằm đảm bảo tính chính xác và khả năng áp dụng thực tiễn.

  • Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu bao gồm thu thập dữ liệu khảo sát (2016), thiết kế biện pháp thi công (2018), mô phỏng và phân tích chuyển vị (2023). Các thử nghiệm thay đổi các yếu tố hình học và lực kích trước được thực hiện tuần tự để đánh giá ảnh hưởng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của chiều sâu tường vây: Khi chiều sâu tường vây tăng từ -18m đến -30m, chuyển vị ngang tối đa của tường vây giảm đáng kể, với mức giảm khoảng 15-20%. Tuy nhiên, khi chiều sâu vượt quá ngưỡng nhất định (khoảng -30m), sự giảm chuyển vị không còn rõ rệt, cho thấy chiều sâu tường vây có giới hạn hiệu quả trong kiểm soát chuyển vị.

  2. Ảnh hưởng của bề dày tường vây: Tăng bề dày tường vây từ 0.4m lên 1.2m làm giảm chuyển vị ngang tối đa của tường vây khoảng 25-30%. Bề dày tường vây có ảnh hưởng lớn hơn chiều sâu đến chuyển vị ngang, thể hiện qua tỷ lệ nghịch giữa bề dày và chuyển vị.

  3. Ảnh hưởng của khoảng cách các thanh chống ngang: Giảm khoảng cách thanh chống ngang từ 4m xuống 2m làm tăng độ cứng tổng thể của hệ thống tường vây, giảm chuyển vị ngang khoảng 18%. Khoảng cách thanh chống càng nhỏ, chuyển vị tường vây càng được kiểm soát tốt hơn.

  4. Ảnh hưởng của lực kích trước trong hệ chống ngang: Tăng lực kích trước trong các hệ chống ngang làm giảm chuyển vị ngang tường vây từ 10% đến 22%, đồng thời phân phối lại nội lực trong tường và hệ chống. Lực kích trước có tác dụng tương đương với việc tăng bề dày tường vây về mặt giảm chuyển vị.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô phỏng cho thấy chiều sâu và bề dày tường vây là hai yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây hố đào sâu. Bề dày tường vây có ảnh hưởng lớn hơn chiều sâu, phù hợp với các nghiên cứu trước đây cho thấy tăng bề dày làm tăng độ cứng uốn của tường, giảm biến dạng ngang. Khoảng cách thanh chống ngang và lực kích trước trong hệ chống ngang cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tăng độ cứng tổng thể và giảm chuyển vị.

So sánh với các nghiên cứu trong và ngoài nước, kết quả mô phỏng sử dụng mô hình Hardening Soil và phần mềm Plaxis 2D v20 cho độ chính xác cao, tương đồng với số liệu quan trắc thực tế tại công trình. Biểu đồ chuyển vị ngang theo chiều sâu và bề dày tường vây thể hiện rõ xu hướng giảm chuyển vị khi tăng các tham số này, đồng thời biểu đồ phân phối nội lực trong hệ chống cho thấy sự thay đổi rõ rệt khi điều chỉnh lực kích trước.

Ý nghĩa thực tiễn của kết quả là giúp kỹ sư thiết kế lựa chọn chiều sâu, bề dày tường vây, khoảng cách và lực kích trước phù hợp để đảm bảo an toàn, ổn định hố đào, hạn chế ảnh hưởng đến công trình lân cận và tối ưu chi phí thi công.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng bề dày tường vây hợp lý: Khuyến nghị tăng bề dày tường vây từ 0.6m lên ít nhất 0.8m tại các vị trí chịu tải trọng lớn để giảm chuyển vị ngang, đảm bảo độ cứng uốn và ổn định hố đào. Thời gian thực hiện: trong giai đoạn thiết kế biện pháp thi công. Chủ thể thực hiện: kỹ sư thiết kế và nhà thầu thi công.

  2. Kiểm soát chiều sâu tường vây: Đề xuất chiều sâu tường vây không nên vượt quá khoảng -30m để tránh lãng phí vật liệu và chi phí, đồng thời đảm bảo hiệu quả kiểm soát chuyển vị. Thời gian thực hiện: trong giai đoạn thiết kế. Chủ thể thực hiện: kỹ sư thiết kế.

  3. Giảm khoảng cách thanh chống ngang: Thiết kế khoảng cách thanh chống ngang tối đa 3m để tăng độ cứng tổng thể, giảm chuyển vị tường vây. Thời gian thực hiện: trong giai đoạn thi công. Chủ thể thực hiện: nhà thầu thi công và giám sát.

  4. Áp dụng lực kích trước trong hệ chống ngang: Sử dụng lực kích trước phù hợp, tăng dần theo từng tầng chống để giảm chuyển vị ngang và phân phối nội lực hiệu quả. Thời gian thực hiện: trong quá trình thi công. Chủ thể thực hiện: nhà thầu thi công và kỹ sư giám sát.

  5. Theo dõi và quan trắc chuyển vị tường vây: Lắp đặt hệ thống quan trắc chuyển vị tường vây để giám sát thực tế, kịp thời điều chỉnh biện pháp thi công khi chuyển vị vượt giới hạn cho phép. Thời gian thực hiện: suốt quá trình thi công. Chủ thể thực hiện: nhà thầu thi công và đơn vị tư vấn giám sát.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư thiết kế kết cấu và địa kỹ thuật: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để lựa chọn thông số tường vây, hệ chống ngang phù hợp, đảm bảo an toàn và hiệu quả thi công hố đào sâu.

  2. Nhà thầu thi công công trình ngầm và tầng hầm: Áp dụng kết quả nghiên cứu để tối ưu biện pháp thi công, kiểm soát chuyển vị tường vây, giảm rủi ro và chi phí phát sinh.

  3. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng, địa kỹ thuật: Tài liệu tham khảo hữu ích cho việc giảng dạy, học tập và nghiên cứu chuyên sâu về thiết kế và thi công hố đào sâu.

  4. Cơ quan quản lý và giám sát xây dựng: Sử dụng kết quả nghiên cứu để đánh giá, kiểm tra các biện pháp thi công hố đào sâu, đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn và quy chuẩn xây dựng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao phải nghiên cứu chuyển vị tường vây hố đào sâu?
    Chuyển vị tường vây ảnh hưởng trực tiếp đến ổn định hố đào và an toàn công trình, nếu không kiểm soát tốt có thể gây sụt lún, hư hỏng công trình lân cận và nguy hiểm cho người lao động.

  2. Phương pháp phần tử hữu hạn có ưu điểm gì trong nghiên cứu này?
    Phương pháp này cho phép mô phỏng chính xác ứng xử phi tuyến của đất và kết cấu tường vây, dự đoán chuyển vị và nội lực trong quá trình thi công, phù hợp với điều kiện thực tế phức tạp.

  3. Làm thế nào để lựa chọn mô hình đất nền phù hợp?
    Mô hình Hardening Soil được ưu tiên vì mô tả chính xác tính phi tuyến và phụ thuộc ứng suất của đất, cho kết quả dự đoán chuyển vị gần với thực tế hơn so với mô hình Mohr Coulomb.

  4. Ảnh hưởng của lực kích trước trong hệ chống ngang như thế nào?
    Lực kích trước giúp tăng độ cứng tổng thể của hệ thống tường vây, giảm chuyển vị ngang và phân phối lại nội lực, từ đó nâng cao ổn định hố đào trong quá trình thi công.

  5. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu cho các khu vực khác không?
    Kết quả có thể tham khảo cho các khu vực có điều kiện địa chất tương tự và biện pháp thi công Bottom-up, tuy nhiên cần điều chỉnh thông số phù hợp với đặc điểm địa chất và thiết kế cụ thể từng công trình.

Kết luận

  • Chiều sâu và bề dày tường vây là hai yếu tố chính ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây hố đào sâu, trong đó bề dày có ảnh hưởng lớn hơn.
  • Khoảng cách các thanh chống ngang và lực kích trước trong hệ chống ngang đóng vai trò quan trọng trong việc tăng độ cứng tổng thể và giảm chuyển vị.
  • Mô hình Hardening Soil kết hợp phần mềm Plaxis 2D v20 cho kết quả mô phỏng chuyển vị tương đồng với số liệu quan trắc thực tế.
  • Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho thiết kế biện pháp thi công hố đào sâu tại Quận Tân Bình, góp phần nâng cao an toàn và hiệu quả thi công.
  • Đề xuất các giải pháp thiết kế và thi công cụ thể nhằm kiểm soát chuyển vị tường vây, đồng thời khuyến nghị theo dõi quan trắc chuyển vị trong quá trình thi công.

Next steps: Áp dụng kết quả nghiên cứu vào thiết kế và thi công thực tế, mở rộng nghiên cứu cho các khu vực và điều kiện địa chất khác, đồng thời phát triển các mô hình 3D nâng cao.

Call-to-action: Các kỹ sư, nhà thầu và nhà quản lý xây dựng nên tích cực áp dụng các kết quả nghiên cứu này để nâng cao chất lượng và an toàn công trình hố đào sâu tại các đô thị lớn.