Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Phân tích ổn định hệ tường vây trong quá trình thi công hố đào sâu bằng mô hình Plaxis 3D

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:98

Thêm vào BST

Báo xấu

49
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu chính của đề tài ở đây là phân tích chuyển vị ngang của hệ tường vây barrette trong quá trình thi công đào hầm bằng phần mềm Plaxis 3D, sử dụng mô hình nền Mohr - Coulomb. Qua đó rút ra một số nhận xét về một số yếu tố có thể ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường barrete chắn giữ hố đào sâu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Phân tích ổn định hệ tường vây trong quá trình thi công hố đào sâu bằng mô hình Plaxis 3D

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM --------------------------------- VŨ TÂM LỘC PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH HỆ TƯỜNG VÂY TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU BẰNG MÔ HÌNH PLAXIS 3D LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã ngành: 60.58.02.08 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM --------------------------------- VŨ TÂM LỘC PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH HỆ TƯỜNG VÂY TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU BẰNG MÔ HÌNH PLAXIS 3D LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã ngành: 60.58.02.08 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRƯƠNG QUANG THÀNH TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2015
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. TRƯƠNG QUANG THÀNH Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP.HCM ngày 24 tháng 10 năm 2015 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: TT Họ và tên Chức danh Hội đồng 1 PGS. TS. Nguyễn Xuân Hùng Chủ tịch 2 PGS. TS. Võ Phán Phản biện 1 3 PGS. TS. Dương Hồng Thẩm Phản biện 2 4 TS. Nguyễn Hồng Ân Ủy viên 5 PGS. TS. Lương Văn Hải Ủy viên, Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc TP. HCM, ngày…… tháng…… năm 2015 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: VŨ TÂM LỘC Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 12/12/1986 Nơi sinh: Ninh Thuận Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD và CN MSHV: 1341870041 I. Tên đề tài: Phân tích ổn định hệ tường vây trong quá trình thi công hố đào sâu bằng mô hình Plaxis 3D II. Nhiệm vụ và nội dung: 1. Mở đầu. 2. Tổng quan về phân tích ổn định tường vây trong thi công hố đào sâu. 3. Cơ sở lý thuyết phân tích ổn định tường vây bằng phần tử hữu hạn. 4. Phân tích một số yếu tố hình học của hố đào ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu. 5. So sánh chuyển vị ngang giữa mô phỏng Plaxis 3D và quan trắc của công trình tường vây thực tế. III. Ngày giao nhiệm vụ :17/03/2015 IV. Ngày hoàn thành nhiệm vụ :17/09/2015 V. Cán bộ hướng dẫn :TS. TRƯƠNG QUANG THÀNH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Phân tích ổn định hệ tường vây trong quá trình thi công hố đào sâu bằng mô hình Plaxis 3D” là công trình nghiên cứu của riêng tôi và thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Trương Quang Thành. Các số liệu trong đề tài này được thu thập và sử dụng một cách trung thực. Kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn này không sao chép của bất cứ luận văn nào và cũng chưa được trình bày hay công bố ở bất cứ công trình nghiên cứu nào khác trước đây. Tp. HCM, ngày 02 tháng 9 năm 2015 Học viên thực hiện Luận văn Vũ Tâm Lộc
ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành Luận văn Thạc sĩ với đề tài: “Phân tích ổn định hệ tường vây trong quá trình thi công hố đào sâu bằng mô hình Plaxis 3D”, tôi xin được chân thành gửi lời cảm ơn đến: TS. Trương Quang Thành, người đã chỉ bảo và hướng dẫn tận tình để tôi có thể hiểu rõ phương pháp khoa học và nội dung đề tài, từ đó hoàn chỉnh luận văn này. Quý thầy cô trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chi Minh, đặc biệt là các thầy cô Khoa Xây dựng đã truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu làm nền tảng vững chắc để hoàn thành luận văn cũng như phục vụ cho công việc sau này. Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã ủng hộ về mặt tinh thần, tạo điều kiện, tạo động lực và hỗ trợ cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn. Tp. HCM, ngày 02 tháng 9 năm 2015 Tác giả Luận văn Vũ Tâm Lộc
iii TÓM TẮT Tại TP. Hồ Chí Minh ngày càng nhiều công trình cao tầng được xây dựng. Thi công tầng hầm thường dùng tường vây barrette. Dự báo đúng chuyển vị tường vây là môt yếu tố quan trọng trong công tác thi công hố đào sâu. Trong nội dung luận văn này chủ yếu là phân tích một số yếu tố dạng hình học của mặt bằng hố đào đến chuyển vị ngang của tường vây. Tổng hợp các kết quả nghiên cứu và cơ sở lý thuyết về chuyển vị ngang của tường vây trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Bằng cách sử dụng phần mềm Plaxis 3D mô phỏng công trình hố đào gồm tường vây barrette, hệ kingpost và hệ dầm ngang trong cùng một điều kiện địa chất giả định giống nhau, tương ứng với một số dạng mặt bằng hố đào sâu khác nhau. Từ kết quả phân tích rút ra một số vấn đề về chuyển vị ngang của tường vây barrette theo dạng hình học của hố đào có xét đến hiệu ứng không gian. Lựa chọn một công trình cụ thể có ứng dụng tường vây barrette tại TP. Hồ Chí Minh để so sánh chuyển vị của tường ứng với hai trường hợp: quan trắc và mô phỏng trên phần mềm Plaxis 3D. Luận văn này sẽ giúp cho người kỹ sư thiết kế có thêm cơ sở lý luận trong việc lựa chọn giải pháp tường vây barrette cho công trình cao tầng có nhiều tầng hầm hiện nay.
iv ABSTRACT At Ho Chi Minh City, people could see more and more high-rise buildings are going under construction. And these constructions are usually using barrette technique. Therefore, the correct estimation deformation of retaining wall is an important element in the construction of the deep excavation. The aim of this thesis is to analyze some elements of geometry deep excavation to deformation of retaining wall. Also, thesis provides the summary of research results and basis theory of deformation of retaining wall in the world as well as in Vietnam. The main method is using Plaxis 3D software to simulate of the deep excavation, Kingpost and collar beam in given the same geological conditions assumption, corresponding to several different grounds of deep excavation. Then, by applying collected result, thesis leads to some conclusions about deformation of excavation based on the geometry of parameters with considering the effect of space. In case study, thesis chooses a specific project which applies barrette at HCM city and compares wall of deformation in two methods: observation and simulation by Plaxis 3D software. This thesis will provide designer construction more rationale in choosing barrette for high-rise or skyscraper buildings with multiple basements today.
v MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TƯỜNG VÂY TRONG THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU ........................................................................................... 3 1.1 Đặc điểm của hố đào sâu .......................................................................................... 3 1.2 Phân loại hố đào ........................................................................................................ 3 1.2.1. Theo phương thức đào............................................................................... 3 1.2.2. Phân loại theo đặc điểm chịu lực của kết cấu chắn giữ............................. 4 1.2.3. Phân loại theo chức năng chắn giữ hố đào ................................................ 4 1.3 Các loại tường vây hố đào thường sử dụng .............................................................. 5 1.3.1. Tường chắn bằng cọc đất trộn xi măng ..................................................... 5 1.3.2. Tường chắn bằng cọc khoan nhồi .............................................................. 5 1.3.3. Tường chắn bằng cọc thép hình ................................................................. 6 1.3.4. Tường chắn dạng hàng cọc bản thép ......................................................... 6 1.3.5. Tường chắn cọc bản bê tông cốt thép ........................................................ 6 1.3.6. Tường vây barrette..................................................................................... 6 1.4 Các phương pháp ổn định tường vây barrette ........................................................... 7 1.5 Khảo sát một số công trình hố đào sâu trên thế giới và Việt Nam ........................... 7 1.5.1. Một số công trình trên thế giới .................................................................. 7 1.5.2. Một số công trình có thi công hố đào sâu ở Việt Nam.............................. 8 1.6 Các nhân tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu ........ 8 1.6.1. Nguồn biến dạng trong .............................................................................. 9 1.6.2. Nguồn biến dạng ngoài .......................................................................... 15 1.7 Phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu bằng phương pháp phần tử hữu hạn ........................................................................................................ 19 1.8 Một số kết luận rút ra từ chương 1 .......................................................................... 21 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TƯỜNG VÂY BẰNG PHẦN TỬ HỮU HẠN ................................................................................... 22 2.1 Cơ sở lý thuyết trong Plaxis ................................................................................... 22 2.1.1. Mô hình vật liệu ....................................................................................... 22 2.1.2 Phân tích không thoát nước ...................................................................... 28 2.1.3. Phân tích thoát nước ................................................................................ 30 2.1.4. Phân tích kép ........................................................................................... 31
vi 2.2 Các thông số cơ bản trong mô hình Plaxis ............................................................ 31 2.2.1. Loại vật liệu đất nền (Drained, Undrained, Non-porous) ........................ 31 2.2.2. Dung trọng bão hòa và dung trọng khô ................................................... 32 2.2.3. Hệ số thấm ............................................................................................... 32 2.2.4. Thông số độ cứng của đất nền ................................................................. 33 2.2.5. Thông số sức kháng cắt của đất nền .................................................................. 35 2.3 Một số kết luận rút ra từ chương 2 ......................................................................... 36 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH MỘT SỐ YẾU TỐ HÌNH HỌC CỦA HỐ ĐÀO ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHUYỂN VỊ NGANG CỦA TƯỜNG VÂY TRONG HỐ ĐÀO SÂU ............................................................................................................................... 37 3.1 Giới thiệu ................................................................................................................. 37 3.2 Phân tích chuyển vị ngang của tường vây theo yếu tố hình học của hố đào ........... 37 3.3 Đặt bài toán phân tích nghiên cứu .......................................................................... 37 3.4 Các dạng mặt bằng hình học hố đào trong phân tích ............................................. 42 3.5 Kết quả phân tích các bài toán ................................................................................ 44 3.5.1. Bài toán 1 .................................................................................................. 44 3.5.2. Bài toán 2 .................................................................................................. 48 3.5.3. Bài toán 3 .................................................................................................. 52 3.5.4. Bài toán 4 .................................................................................................. 56 3.6 Một số kết luận rút ra từ chương 3 ......................................................................... 60 CHƯƠNG 4: SO SÁNH CHUYỂN VỊ NGANG GIỮA MÔ PHỎNG PLAXIS 3D VÀ QUAN TRẮC CỦA CÔNG TRÌNH TƯỜNG VÂY THỰC TẾ ...................... 61 4.1 Giới thiệu công trình................................................................................................ 61 4.1.1. Tổng quan về công trình ........................................................................... 62 4.1.2. Kết quả khảo sát địa chất công trình ........................................................ 63 4.2 Trình tự thi công và một số hình ảnh trong quá trình thi công................................ 69 4.3 Mô phỏng bài toán ................................................................................................... 74 4.4 Kết quả phân tích bài toán ....................................................................................... 75 4.5 Một số kết luận rút ra từ chương 4 .......................................................................... 79 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 83
vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 : Hệ số thấm k của một số loại đất ................................................................. 33 Bảng 2.2 : Miền giá trị của mô đun E ứng với các loại đất khác nhau (Bowles, 1988) 34 Bảng 2.3 : Các giá trị điển hình của mô đun E .............................................................. 34 Bảng 2.4 : Các giá trị điển hình của hệ số Poisson ........................................................ 35 Bảng 2.5 : Góc ma sát trong của cát theo chỉ số NSPT ................................................... 35 Bảng 2.6 : Các giá trị điển hình của  ' , c' và cu ........................................................... 36 Bảng 3.1 : Thông số tường vây...................................................................................... 38 Bảng 3.2 : Thông số đầu vào đất trong mô hình phân tích ............................................ 39 Bảng 3.3 : Thông số đầu vào của kingpost .................................................................... 40 Bảng 3.4 : Thông số đầu vào của dầm mũ tường vây ................................................... 40 Bảng 3.5 : Thông số đầu vào của hệ thanh chống ......................................................... 41 Bảng 3.6 : Kết quả chuyển vị của tường vây - bài toán 1.............................................. 46 Bảng 3.7 : Kết quả chuyển vị của tường vây - bài toán 2.............................................. 50 Bảng 3.8 : Kết quả chuyển vị của tường vây - bài toán 3.............................................. 54 Bảng 3.9 : Kết quả chuyển vị của tường vây - bài toán 4.............................................. 58 Bảng 4.1 : Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất ....................................................................... 66 Bảng 4.2 : Trình tự thi công........................................................................................... 69 Bảng 4.3 : Thông số vật liệu tường barrete ................................................................... 69 Bảng 4.4 : Thông số vật liệu hệ giằng chống ................................................................ 72 Bảng 4.5 : Kết quả chuyển vị tường vây ....................................................................... 77 Bảng 4.5 : Kết quả chuyển vị tường vây (tt) ................................................................. 78
viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1a : Đào thẳng đứng ............................................................................................ 3 Hình 1.1b : Đào có dốc ................................................................................................... 3 Hình 1.2 : Tường bằng cọc xi măng trộn đất ................................................................ 5 Hình 1.3 : Tường bằng cọc khoan nhồi......................................................................... 5 Hình 1.4 : Tường bằng cọc thép hình ........................................................................... 6 Hình 1.5 : Thi công Top – Down ................................................................................. 7 Hình 1.6 : Đường cong thiết kế cho chuyển dịch tường lớn nhất Clough và O’Rourk,1990 .................................................................................................................. 9 Hình 1.7 : Ảnh hưởng độ cứng của tường đến chuyển vị của tường .......................... 10 Hình 1.8 : Ảnh hưởng của chiều dài tường trên chuyển vị ngang .............................. 11 Hình 1.9 : Sự khác nhau giữa chuyển vị lớn nhất của tường trong các trường hợp chiều dài tường phụ khác nhau ...................................................................................... 11 Hình 1.10 : Phương án đào có mặt bằng là hình chữ nhật ............................................ 12 Hình 1.11 : Các vùng ứng xử biến dạng phẳng và biến dạng không gian trong hố đào12 Hình 1.12 : Sự thay đổi của tỷ số biến dạng phẳng cho chuyển vị lớn nhất khoảng cách từ góc tới phần ước lượng hố đào với chiều dài tường chính là hằng số và sự thay đổi chiều dài của tường phụ ................................................................................................. 13 Hình 1.13 : Quan hệ giữa B/L và khoảng cách tính từ góc cho tỷ số biến dạng khác nhau13 Hình 1.14 : Mặt bằng tòa nhà Hai-Hua với bố trí ống Inclinometer............................. 14 Hình 1.15 : Mặt cắt mesh lưới cho công trình .............................................................. 14 Hình 1.16: Chuyển vị theo độ sâu tại các ống I1, I2, I3 [5] .......................................... 15 Hình 1.17: Phân bổ áp lực đất lại dưới tác dụng tải trọng Qp ....................................... 16 Hình 1.18: Phân bổ áp lực đất lại dưới tác dụng tải trọng Qs ....................................... 17 Hình 1.19: Các dạng chuyển vị của tường - trường hợp độ cứng thanh chống không đủ lớn .................................................................................................................................. 19
ix Hình 1.20: Giới hạn vùng mô hình khi phân tích hố đào sâu bằng Plaxis, K.J Bakker 20 Hình 2.1 : Quan hệ ứng suất và biến dạng trong mô hình đàn dẻo ............................. 22 Hình 2.2 : Xác định Eref từ thí nghiệm ba trục cố kết thoát nước ............................... 25 Hình 2.3 : Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng theo hàm Hyperbolic trong thí nghiệm nén 3 trục thoát nước ..................................................................................................... 25 Hình 2.4 : Xác định Eoed từ thí nghiệm nén cố kết ...................................................... 27 Hình 3.1 : Mặt cắt địa chất của bài toán phân tích ...................................................... 40 Hình 3.2 : Mô hình Plaxis 3D mô phỏng bài toán ...................................................... 44 Hình 3.3 : Kết cấu tường vây và hệ thanh chống qua mô phỏng Plaxis ..................... 44 Hình 3.4a : Kết quả chuyển vị tường vây mô hình 3D ................................................. 45 Hình 3.4b : Kết quả chuyển vị tường vây trên mặt bằng hố đào .................................. 45 Hình 3.5 : Biểu đồ chuyển vị của tường vây theo độ sâu ứng với hai thời điểm của quá trình thi công tường vây – Bài toán 1 ..................................................................... 47 Hình 3.6 : Mô hình Plaxis 3D mô phỏng bài toán 2 ................................................... 48 Hình 3.7 : Kết cấu tường vây và hệ thanh chống qua mô phỏng Plaxis ..................... 48 Hình 3.8a: Kết quả chuyển vị tường vây mô hình 3D ................................................... 49 Hình 3.8b : Kết quả chuyển vị tường vây trên mặt bằng hố đào .................................. 49 Hình 3.9 : Biểu đồ chuyển vị của tường vây theo độ sâu ứng với hai thời điểm của quá trình thi công tường vây – Bài toán 2 ..................................................................... 51 Hình 3.10 : Mô hình Plaxis 3D mô phỏng bài toán ...................................................... 52 Hình 3.11 : Kết cấu tường vây và hệ thanh chống qua mô phỏng Plaxis ..................... 52 Hình 3.12a: Kết quả chuyển vị tường vây mô hình 3D ................................................. 53 Hình 3.12b: Kết quả chuyển vị tường vây trên mặt bằng hố đào .................................. 53 Hình 3.13 : Biểu đồ chuyển vị của tường vây theo độ sâu ứng với hai thời điểm của quá trình thi công tường vây – Bài toán 3 ..................................................................... 55 Hình 3.14 : Mô hình Plaxis 3D mô phỏng bài toán ...................................................... 56
x Hình 3.15 : Kết cấu tường vây và hệ thanh chống qua mô phỏng Plaxis ..................... 56 Hình 3.16a: Kết quả chuyển vị tường vây mô hình 3D ................................................. 57 Hình 3.16b: Kết quả chuyển vị tường vây trên mặt bằng hố đào .................................. 57 Hình 3.17 : Biểu đồ chuyển vị của tường vây theo độ sâu ứng với hai thời điểm của quá trình thi công tường vây – Bài toán 4 ..................................................................... 59 Hình 4.1 : Phối cảnh công trình Tòa nhà trụ sở công ty Xổ số kiến thiết TP. HCM .. 61 Hình 4.2 : Sơ đồ chỉ dẫn Tòa nhà trụ sở công ty Xổ số kiến thiết TP. HCM ............. 62 Hình 4.3 : Sơ đồ vị trí hố khoan .................................................................................. 63 Hình 4.4 : Mặt cắt địa chất .......................................................................................... 67 Hình 4.5 : Mặt cắt địa chất .......................................................................................... 68 Hình 4.6 : Mặt bằng bố trí hệ kingpost ....................................................................... 70 Hình 4.7 : Mặt bằng bố trí hệ giằng chống ................................................................. 71 Hình 4.8 : Thi công xong tầng giằng đầu tiên, đào đất thi công tầng giằng thứ 2 ...... 72 Hình 4.9 : Thi công tầng giằng thứ 2 .......................................................................... 73 Hình 4.10 : Thi công tầng giằng thứ 2 .......................................................................... 73 Hình 4.11 : Đào, vận chuyển đất thi công tầng giằng thứ 2 ......................................... 73 Hình 4.12 : Giằng tại vị trí góc ..................................................................................... 74 Hình 4.13 : Đào đất lớp giằng thứ 3.............................................................................. 74 Hình 4.14 : Mô hình Plaxis 3D mô phỏng bài toán ...................................................... 74 Hình 4.15 : Kết cấu tường vây và hệ thanh chống qua mô phỏng Plaxis ..................... 75 Hình 4.16a: Kết quả chuyển vị tường vây mô hình 3D ................................................. 75 Hình 4.16b: Kết quả chuyển vị tường vây mô hình 3D ................................................ 76 Hình 4.17 : Vị trí quan trắc thực tế ............................................................................... 76 Hình 4.18 : Biểu đồ chuyển vị tường vây trong giai đoạn lắp hệ giằng thứ 3 .............. 79
-1- MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, tại các thành phố lớn ở Việt Nam đã xuất hiện nhiều công trình cao tầng. Để tăng cường tính ổn định cho công trình cao tầng thì cần thiết phải thiết kế tầng hầm chôn sâu công trình hơn vào trong đất, đồng thời tầng hầm cũng đáp ứng nhiều mục đích khác cho người sử dụng. Việc thi công tầng hầm các công trình yêu cầu phải đảm bảo nhiều về vấn đề kỹ thuật như: biện pháp chắn giữ để bảo vệ thành vách hố đào không bị sập khi thi công hố đào tầng hầm và đồng thời không làm ảnh hưởng đến các công trình lân cận. Việc ứng dụng tường barrette trong hố đào sâu nhà cao tầng là biện pháp hiệu quả để xây dựng các công trình có tầng hầm. Tường barrette đã được nhiều nước trên thế giới sử dụng từ những năm 1970. Tại Việt Nam cũng đã bắt đầu sử dụng trong những năm gần đây tại các thành phố lớn như Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh thấy rằng có hiệu quả. Việc nghiên cứu ứng dụng tường barrette rộng rãi cho nhà cao tầng có tầng hầm là cần thiết. 2. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chính của đề tài ở đây là phân tích chuyển vị ngang của hệ tường vây barrette trong quá trình thi công đào hầm bằng phần mềm Plaxis 3D, sử dụng mô hình nền Mohr - Coulomb. Qua đó rút ra một số nhận xét về một số yếu tố có thể ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường barrete chắn giữ hố đào sâu. Kết quả phân tích hy vọng có thể ứng dụng cho bài toán thiết kế biện pháp thi công tầng hầm cho các công trình khác tương tự. Yếu tố được xem xét khi phân tích trong luận văn đó là dạng hình học của hố đào và điều kiện địa chất. 3. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết liên quan đến đề tài. Tổng hợp các kết quả nghiên cứu đã có. Đặt các trường hợp các bài toán cụ thể rồi sử dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation mô phỏng các trường hợp bài toán đặt ra để tìm kết quả chuyển vị và phân tích. Nghiên cứu ứng dụng cho một công trình cụ thể tại thành phố Hồ Chí Minh, nhận xét các kết quả phân tích có so sánh với kết quả quan trắc thực tế tại công trình.
-2- 4. Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài Đề tài: “Phân tích ổn định hệ tường vây trong quá trình thi công hố đào sâu bằng mô hình Plaxis 3D” giúp cho người kỹ sư thiết kế nền móng có thêm một cơ sở lý luận dự báo chuyển vị hố đào sâu, ảnh hưởng của dạng hình học của mặt bằng hố đào sâu đến mức độ chuyển vị ngang của tường vây. Việc ứng dụng tính toán chuyển vị ngang của tường barrette cho một công trình cụ thể tại thành phố Hồ Chí Minh và có so sánh với kết quả quan trắc chuyển vị ngang thức tế làm tài liệu tham khảo thêm cho những người quan tâm đến vấn đề nghiên cứu trong luận văn. 5. Giới hạn của đề tài Phạm vi nghiên cứu cho công trình thực tế có tính cục bộ chưa có điều kiện nhân rộng phân tích nhiều khu vực địa chất khác nhau. Kết quả nghiên cứu phần lớn dựa vào kết quả phân tích khi mô phỏng trên phần mềm Plaxis 3D bằng mô hình Mohr - Coulomb. Chưa phân tích đầy đủ hết các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây.
-3- CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TƢỜNG VÂY TRONG THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU 1.1 Đặc điểm của hố đào sâu Đặc điểm của hố đào sâu liên quan tới yếu tố địa phương, tức là tùy vào điều kiện điạ chất của mỗi vùng khác nhau mà nó có đặc điểm khác nhau. Công trình hố đào sâu phụ thuộc nhiều vào đặc tính của đất nền tại nơi thi công, các giải pháp kết cấu và kỹ thuật thi công hố đào. Công trình thi công hố đào sâu bao gồm nhiều các khâu: chắn đất, đào đất, chống giữ, hạ mực nước ngầm. Vì tính chất quan trọng và yêu cầu độ an toàn cao nên thường chi phí thi công hố đào sâu là rất lớn, thời gian thi công kéo dài. Công trình hố đào sâu trong điều kiện đất yếu, mực nước ngầm cao, các điều kiện hiện trường phức tạp thì thường xảy ra các sự cố: trượt lở, mất ổn định, kết cấu chắn giữ bị hư hại, ảnh hưởng đến công trình đang xây dựng và các công trình xung quanh. 1.2 Phân loại hố đào Có nhiều cách phân loại khác nhau. Tuy nhiên có thể chia thành ba dạng để xem xét như: Phương thức đào, đặc điểm chịu lực và chức năng kết cấu. 1.2.1. Theo phƣơng thức đào (a) Đào không có chắn giữ thi công bằng cách hạ mực nước ngầm, đào taluy, gia cố nền và ổn định mái dốc: Hình 1.1a: Đào thẳng đứng Hình 1.1b: Đào có dốc
-4- (b) Đào có chắn giữ thi công bằng cách sử dụng các kết cấu quây giữ, hệ thống chắn giữ. Vật liệu kết cấu chắn giữ là thép, bê tông, xi măng trộn đất 1.2.2. Phân loại theo đặc điểm chịu lực của kết cấu chắn giữ Kết cấu chắn giữ chịu lực bị động: Kết cấu chắn giữ hố đào có vai trò chịu áp lực đất chủ động bao gồm các kết cấu như phun neo, tường bằng đinh đất. Kết cấu chắn giữ chịu áp lực chủ động: Kết cấu chắn giữ hố đào có vai trò chịu áp lực đất bị động bao gồm các kết cấu như cọc, bản, ống, tường và chống. 1.2.3. Phân loại theo chức năng chắn giữ hố đào 1.2.3.1. Bộ phận chắn đất a) Kết cấu chắn đất, thấm nước + Cọc thép hình có bản cài + Cọc nhồi đặt thưa trát mặt xi măng lưới thép Cọc đặt dày (cọc nhồi, cọc đúc sẵn) b) Kết cấu chắn đất, ngăn nước + Tường liên tục trong đất + Cọc, tường trộn xi măng đất dưới tầng sâu + Giữa cọc đạt dày thêm cọc phun xi măng cao áp + Cọc bản thép 1.2.3.2. Bộ phận chắn giữ kiểu kéo giữ + Kiểu tự đứng (cọc consol, tường) + Thanh neo vào tầng đất + Ống thép, thép hình chống đỡ (chống ngang) + Chống chéo + Hệ dầm vòng chống đỡ
-5- + Thi công top-down 1.3 Các loại tƣờng vây hố đào thƣờng sử dụng 1.3.1. Tƣờng chắn bằng cọc đất trộn xi măng Trộn cưỡng bức đất với xi măng thành cọc xi măng, sau khi đóng rắn sẽ thành tường chắn có dạng bản liền khối đạt cường độ nhất định. Dùng cho loại hố đào có độ sâu từ 3 – 6 m. Hình 1.2: Tường bằng cọc xi măng trộn đất 1.3.2. Tƣờng chắn bằng cọc khoan nhồi Cọc khoan nhồi có đường kính từ 0,6 – 1 m, cọc dài 15 – 30 m, làm thành tường chắn theo kiểu hàng cọc, đỉnh cọc cũng được cố định bằng dầm vòng bằng bê tông cốt thép. Dùng cho hố đào có độ sâu từ 6 – 13 m. Hình 1.3: Tường bằng cọc khoan nhồi
-6- 1.3.3. Tƣờng chắn bằng cọc thép hình Các cọc thép hình thường là I hay H được hạ vào trong đất liền sát nhau bằng búa đóng hay rung tạo thành tường chắn kiểu hàng cọc, trên đỉnh được giằng bằng thép hình. Dùng cho hố đào có độ sâu 6 -13 m. Hình 1.4: Tường bằng cọc thép hình 1.3.4. Tƣờng chắn dạng hàng cọc bản thép Dùng thép máng sấp ngửa móc vào nhau hoặc cọc bản thép khóa miệng bằng thép hình với mặt cắt chữ U và chữ Z. Dùng phương pháp đóng hoặc rung để hạ chúng vào trong đất, sau khi hoàn thành nhiệm vụ chắn giữ, có thể thu hồi sử dụng lại. Dùng cho loại hố móng có độ sâu từ 3 – 10 m. 1.3.5. Tƣờng chắn cọc bản bê tông cốt thép Cọc bản bê tông cốt thép có chiều dài cọc từ 6 – 12 m, sau khi hạ cọc xuống đất, người ta tiến hành cố định đầu cọc bằng dầm vòng bê tông cốt thép hay thanh neo. Dùng cho loại hố đào có độ sâu từ 3 – 6 m. 1.3.6. Tƣờng vây barrette Tường vây barrette là tường bê tông đổ tại chỗ, chiều dày từ 600 – 800 mm để chắn giữ ổn định hố đào sâu trong quá trình thi công. Tường có thể được làm từ các đoạn cọc barrette, tiết diện chữ nhật với chiều rộng thay đổi từ 2,2 – 3,6 m. Các đoạn tường barrette được liên kết chống thấm bằng goăng cao su. Trong trường hợp 2 tầng hầm, tường barrette thường được thiết kế có chiều sâu >10 m tùy thuộc vào địa chất công trình và phương pháp thi công.