1
PHẦN MỞ ĐẦU
I. Sự cần thiết của đề tài
Nhu cầu đất ở hiện nay rất lớn, đặc biệt trong các thành phố lớn, do đó nên triệt
để khai thác và sử dụng không gian dưới mặt đất. Tuy nhiên, việc xây dựng hố đào
sâu trong đô thị với mật độ xây dựng dày đặc với kết cấu móng đa dạng, hệ thống
cấp thoát nước đô thị, hệ đường giao thông và điều kiện địa chất thuỷ văn phức tạp
sẽ gây khó khăn cho quá trình tính toán thiết kế và thi công hố đào.
Sự cố công trình hố đào sâu là rất nghiêm trọng, theo tổng kết và phân tích hơn
160 sự cố hố đào ở Trung Quốc (Đường Nghiệp Thanh, 1999) các nguyên nhân
chính gây ra sự cố hố đào: nguyên nhân do thiết kế chiếm 46% và do thi công
chiếm 41,5% trong đó do thiếu hoặc do không chính xác về các thông tin của nền
đất chiếm đa số các trường hợp điều tra nói trên. Ở nước ta tuy chưa có tổng kết và
phân tích nhưng đều đã sảy ra những sự cố lớn nhỏ do thiết kế và thi công gây lún
nứt, thậm chí phá huỷ công trình lân cận.
Nhận thấy, nguyên nhân gây ra sự cố hố đào chủ yếu là do yếu tố chủ quan con
người đặc biệt nguyên nhân do thiết kế chiếm phần lớn, nhất là hiện nay nước ta
chưa có một quy chuẩn và tiêu chuẩn nào nhất thống trong quá trình thiết kế hố đào.
Sự bất cập trong khâu khảo sát - thiết kế, phần khảo sát thường do một đơn vị độc
lập tiến hành khảo sát để cung cấp những thông tin về điều kiện đất nền - nước
ngầm mà không đưa ra những kiến nghị cho đơn vị thiết kế, đôi khi những số liệu
“Báo cáo khảo sát” cấp chưa chính xác, thiếu dữ liệu cần phục vụ cho tính toán…
Đối với đơn vị thiết kế đó là việc sử dụng tràn lan và lạm dụng các phần mềm trong
thiết kế hố đào, kỹ sư thiết kế đôi khi không hiểu bản chất của bài toán địa kỹ thuật
nhưng vẫn khai báo, nhập các dữ liệu trong “Báo cáo khảo sát” mà không qua phân
tích hay đánh giá các dữ liệu địa chất. Việc xem nhẹ yếu tố dự liệu đầu vào và
không có kinh nghiệm đánh giá sơ bộ địa chất khu vực xây dựng công trình là tiền
đề của sai lầm có hệ thống trong thiết kế hố đào sâu của nước ta hiện nay. Vấn đề
kiểm soát kết quả tính toán còn nan giải, các kết quả tính toán hố đào thường không
được so sánh với các phương pháp tính toán khác nhau, do đó khi xuất kết quả tính
2
toán kỹ sư thiết kế không có khả năng kiểm soát kết quả đầu ra nên việc tính toán
sai lầm trong thiết kế là việc khó tránh khỏi. Sai lầm nghiêm trọng hơn cả là yếu tố
chủ quan tin tưởng tuyệt đối vào phần mềm tính toán mà xem nhẹ quá trình quan
trắc trong từng giai đoạn thi công hố đào, không có sự so sánh kết quả tính toán qua
mỗi giai đoạn thi công với kết quả quan trắc để đưa ra quyết định trong thi công và
phòng ngừa sự cố.
Tuy nhiên, cũng phải thừa nhận việc tính toán ảnh hưởng của hố đào sâu đến độ
lún công trình lân cận là bài toàn phức tạp và đến nay chưa có biểu thức lý thuyết
thuần thục nào để tính toán nó. Hiện nay, phương pháp để dự báo độ lún công trình
lân cận hố đào thường sử dụng các phương pháp:
Phương pháp tính toán dựa vào kinh nghiệm của địa phương để kiểm soát
biến dạng như: Phương pháp kinh nghiệm của Peck(1969); Phương pháp của
O’Rourke(1976); Phương pháp của Mana-Clough(1981); Phương pháp của
Kamaran M. Nemati (2007).
Phương pháp bán kinh nghiệm, tính toán độ lún thông qua mối liên hệ kinh
nghiệm đã xác định từ chuyển vị ngang của tường chắn như: Phương pháp
caspe (1966) và Bowles (1988); Phương pháp của Bauer (1984); Phương
pháp lập biểu đồ của Mana-Clough(1981); Phương pháp của
Moscomarchitextura (1999).
Phương pháp số sử dụng phần tử hữu hạn trong tính toán sử dụng phần mềm
địa kỹ thuật như: ICFEP, Plaxis, Geo5…
Với tính cấp thiết và bức xúc trong quá trình thiết kế là tiền đề thúc đẩy nghiên
cứu tính toán ảnh hưởng của hố đào sâu tới độ lún công trình lân cận và luận văn
này sẽ cố gắng góp phần giải quyết vấn đề nêu trên.
II. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài
Mục đích đặt ra của đề tài là nghiên cứu mô hình nền phù hợp với ứng sử thực
tiễn của nền đất, qua đó phân tích các tham số của mô hình nền để ứng dụng bằng
phần mềm Plaxis trong tính toán ảnh hưởng của của hố đào sâu đến công trình lân
cận. Ngoài ra, để kiểm soát kết quả tính toán bằng phần mềm, luận văn trình bày
3
tính toán bằng phương pháp kinh nghiệm và phương pháp giá mức độ hư hại của
công trình lân cận hố đào kết hợp với quan trắc thi công. Với mục đích trên, nhiệm
vụ của luận văn bao gồm:
Nghiên cứu ảnh hưởng của hố đào sâu đến công trình lân cận bằng phương
pháp số, đưa ra cách thực hiện tính toán bằng phần mềm và cách thức kiểm
soát kết quả tính toán.
Tiêu chí lựa chọn mô hình nền phù hợp với ứng sử thực tiễn của nền đất.
Phân tích và ứng dụng các tham số tính toán của mô hình nền được áp dụng
vào phần mềm Plaxis V8.5.
Ứng dụng phương pháp đánh giá mức độ hư hại của công trình lân cận hố
đào làm cơ sở thiết kế biện pháp thi công cho hố đào.
So sánh kết quả tính toán bằng phần mềm với kết quả quan trắc thi công.
III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Đối tượng nghiên cứu của đề tài:
Sự tương tác - ảnh hưởng của hố đào sâu đến biến dạng/chuyển vị của công
trình lân cận.
Xem xét sự thích hợp/đúng đắn của mô hình cho một số trường hợp đất nền
cụ thể.
Khai thác sử dụng phần mềm Plaxis V8.5 trong tính toán ảnh hưởng của hố
đào sâu đến biến dạng/chuyển vị của công trình lân cận.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài:
Nghiên cứu cho một số điều kiện đất nền cụ thể (Hà nội) với một số dạng
công trình (kết cấu) cụ thể ở lân cận hố đào.
Đề xuất/kiến nghị biện pháp thi công nhằm hạn chế ảnh hưởng bất lợi.
IV. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp tính toán (lý thuyết) bằng cách sử dụng phần mềm Plaxis V8.5
với mô hình nền lựa chọn.
So sánh kết quả tính toán bằng phần mềm và kết quả tính toán theo kinh
nghiệm với kết quả quan trắc hiện trường.
4
V. Bố cục của luận văn
Luận văn bao gồm các phần:
Phần mở đầu
Phần nội dung chính của luận văn: Gồm 5 chương
Chương 1: Tổng quan ảnh hưởng của hố đào sâu đến công trình lân cận.
Trình bày phương pháp kinh nghiệm, phương pháp đánh giá mức độ hư hại
công trình lân cận hố đào. Phân tích một số sự cố hố đào, qua đó đặt vấn đề
cần được giải quyết trong các chương sau của luận văn.
Chương 2: Lý thuyết và quy trình của phương pháp số trong tính toán ảnh
hưởng của hố đào đến độ lún công trình lân cận.
Trình bày nguyên lý cơ bản xây dựng thuật toán của phương pháp số, đưa ra
cách thức thực hiện và kiểm soát kết quả tính toán theo phương pháp số.
Chương 3: Lý thuyết mô hình nền Mohr - Coulomb và mô hình nền modified
Cam-clay.
Nghiên cứu ứng sử thực tế của nền đất cát, đất sét; Qua đó mô hình tính chất
phức tạp của nền đất theo lý thuyết trạng thái tới hạn, xây dựng mặt bao
trạng thái hoàn chỉnh của đất. Lý thuyết xây dựng mặt bao trạng thái tới hạn
theo mô hình nền Morh-Coulomb và mô hình nền Modified Cam-clay.
Chương 4: Ứng dụng và phân tích các tham số mô hình nền trong khai báo tính
toán bằng phần mềm Plaxis V8.5.
Trình bày cách thức phân tích, tính toán và xử lý số liệu khảo sát địa chất để
đưa ra các tham số chính mô hình nền Morh-Coulomb và Modified Cam-
clay. Ứng dụng trong khai báo tính toán bằng phần mềm Plaxis V8.5.
Chương 5: Áp dụng tính toán công trình thực tế.
Tính toán biện pháp thi công 2 tầng hầm toà nhà N01B công trình: “Xây
dựng khu nhà ở quân đội K35_TM” theo các phương án: 1) Ứng dụng mô
hình nền Morh-Coulomb trong khai báo nền đất; 2) Kết hợp 2 mô hình nền
Morh-Coulomb và Modified Cam-clay trong khai báo nền đất. So sánh kết
quả tính toán với kết quả quan trắc thực tế thi công, rút ra nhận xét.
Phần kết luận và kiến nghị
5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ẢNH HƯỞNG CỦA HỐ ĐÀO SÂU ĐẾN
CÔNG TRÌNH LÂN CẬN
1.1 Phản ứng của công trình lân cận hố đào
Công trình ở gần hố đào luôn có nguy cơ bị biến dạng đáng kể trong suốt quá
trình đào, chắn giữ và xây mới. Những chuyển vị đứng và ngang của đất ở đáy và
thành hố sẽ dẫn đến lún và nghiêng công trình nằm trong vùng ảnh hưởng.
Ảnh hưởng của việc xây dựng công trình ngầm trong đô thị. Cơ chế ảnh hưởng
thường gặp trong thực tế có thể thấy rõ như trình bày trên (Hình 1.1).
Hình 1.1: Ảnh hưởng của xây dựng công trình ngầm đến công trình lân cận
Trong đó:
1. Nguyên nhân là rỗng đất gây chuyển vị.
2. Đất bị đào hoặc chuyển vị thể tích.
3. Phân bố chuyển vị thể tích.
4. Chuyển vị của mặt đất.
5. Chuyển vị của kết cấu.
6. Sự hư hỏng của kết cấu.
7. Chuyển vị đất quanh hố đào phía không có công trình hiện hữu.
Hố đào hở là nguyên nhân chủ yếu làm hư hại công trình liền kề do chuyển vị
ngang của hệ tường chống đỡ hố đào kể từ quá trình thi công chống đỡ hố đào đến
lấp đất tháo dỡ hệ văng chống. Thông thường, hơn 2/3 tổng giá trị chuyển vị ngang
