Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu tính toán ảnh hưởng của hố đào sâu tới độ lún công trình lân cận

Chia sẻ: Lạc Táp | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:108

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Nghiên cứu tính toán ảnh hưởng của hố đào sâu tới độ lún công trình lân cận" nhằm 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 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. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu tính toán ảnh hưởng của hố đào sâu tới độ lún công trình lân cận

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
6 của hệ văng chống hố đào thường xảy ra trong quá trình thi công hố đào, khoảng 1/3 tổng giá trị chuyển vị ngang của hệ văng chống hố đào có thể xảy ra khi lấp đất và tháo dỡ hệ văng chống. Biến dạng của công trình nằm trong phạm vi ảnh hưởng của hố đào phụ thuộc vào các yếu tố:  Tác động của sự thay đổi ứng suất trong nền đất trong quá trình thi công hố đào.  Kích thước của hố đào (chiều rộng và chiều sâu hố đào).  Cách tiếp cận của công trình hiện hữu với hố đào (gần/xa và song song hay vuông góc).  Điều kiện địa chất công trình và địa chất thuỷ văn hố đào.  Độ cứng của tường vây và hệ chống giữ.  Tình trạng nước ngầm và động thái của chúng.  Công nghệ thi công tường chắn và hệ chống giữ tường … Công trình lân cận (Hình 1.2) có hệ kết cầu móng nông bị phá huỷ do khoảng cách từ mép hố đào đến công trình lận cận rất nhỏ, chiều dài công trình nằm song song với chiều dài hố đào, độ sâu hố đào lớn, độ cứng của hệ văng chống hố đào không đảm bảo và công nghệ thi công đào hở không phù hợp trong trường hợp thi công này. Phản ứng của công trình lân cận trong phạm vi ảnh hưởng lún của hố đào trong quá trình thi công diễn ra rất phức tạp, đòi hỏi phải có kinh nghiệm Hình 1.2: Phá huỷ công trình thi công và khả năng phân tích tính toán cao. Bài lân cận. học mang nhiều kiến thức bổ ích được đúc rút ra từ quá trình tính toán thiết kế, thi công và quan trắc Công trình: Toà nhà Trung tâm Tổ chức kinh doanh Quốc gia Đài Loan (Taipei National Enterprising Center- TNEC) với 18 tầng nổi và 5 tầng hầm. Hiện trạng công trình lân cận gồm các khối nhà 12 tầng, 14 tầng có kết cấu móng
7 nông, trạng thái của hai khối nhà A và B trong quá trình thi công hố đào rất đáng được xem xét phân tích và rút ra nhiều bài học. Biểu thị trạng thái hai khối nhà A và B trong quá trình thi công hố đào (Hình 1.3): Ở giai đoạn đào đầu tiên, tường chắn làm việc như dầm côngxôn và độ lún bề mặt lớn nhất của đất xuất hiện gần tường (sát với tường). Những độ lún bề mặt lớn nhất của đất ở gần tường chắn có giá trị lớn hơn độ lún nằm ở gần góc c và d, do đó làm cho toà nhà A nghiêng sang phía vùng hố đào. Tuy nhiên, khi đào càng sâu, kiểu lõm của biểu đồ độ lún, những nơi mà độ lún bề mặt lớn nhất của đất, đã xuất hiện ở một số điểm xa tường chắn lại có trị số trội hơn. Khi đó độ lún bề mặt ở gần tường chắn lại nhỏ hơn độ lún bề mặt ở gần góc c và d. Hiện tượng này làm toà nhà A quay nghiêng trở lại và cân bằng so với trạng thái ban đầu. Đối với nhà B, khi ở giai đoạn đào cuối cùng cũng bị ảnh hưởng nghiêng về phía hố đào. Tuy nhiên, nhà B chịu ảnh hưởng không đáng kể bởi hố đào do phần móng nhà B nằm xa và dưới vùng ảnh hưởng lún. Hình 1.3: Phản ứng của khối nhà A và B trong quá trình thi công hố đào Vậy cách xác định phạm vi ảnh hưởng lún của hố đào đến công trình lân cận như thế nào? Đánh giá mức độ nguy hiểm của công trình lân cận khi chịu ảnh hưởng lún xung quanh hố đào như thế nào? Vấn đề này được thể hiện trên (Hình 1.4) và sẽ được trình bày/giải thích ở các phần tiếp theo của luận văn.
8 Hình 1.4: Ảnh hưởng lún và mức độ hư hại công trình lân cận hố đào 1.2 Phạm vi ảnh hưởng lún của hố đào đến công trình lân cận Đối với các vùng nền đất khác nhau thì các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng của đất quanh hố đào sâu sẽ không giống nhau. Vì vậy, cần tìm hiểu rõ với từng trường hợp cụ thể đâu là nguyên nhân chính gây lún với công trình lân cận. Các yếu tố chính có thể kể đến :  Tác động của sự thay đổi ứng suất trong đất nền  Kích thước hố đào  Các đặc tính của đất  Ứng suất nằm ngang ban đầu trong đất  Tình trạng nước ngầm và sự biến động của chúng  Độ cứng của hệ chống đỡ hố đào  Biện pháp thi công đào đất Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài chỉ xem xét phân tích hai yếu tố: độ cứng của kết cấu chắn giữ hố đào và độ cứng của đất xây dựng công trình trong tính toán phạm vi ảnh hưởng của hố đào đến độ lún công trình lân cận. Phạm vi công trình được nghiên cứu có độ sâu mực nước ngầm thấp hơn đáy hố đào.
9 1.2.1 Độ cứng của tường và hệ văng chống ảnh hưởng tới độ lún xung quanh hố đào. Trong quan sát ở hiện trường cho thấy, quá trình lún của đất xung quanh hố đào chống đỡ bằng cọc bản thép giảm khi tăng độ cứng của cọc và hệ thanh chống đỡ. Độ cứng đàn hồi của hệ thanh chống có vai trò rất quan trọng. Độ chôn sâu của cọc từ đáy hố đào trở xuống cũng làm thay đổi về độ cứng của cọc bản thép và có ảnh hưởng tới dịch chuyển của đất bên ngoài theo cả hai phương thẳng đứng và nằm ngang. Ngoài độ cứng của tường chắn thì độ cứng và khoảng cách bố trí chống đỡ của hệ văng chống cũng ảnh hưởng đáng kể đến chuyển dịch của đất bên ngoài thể hiện trên (Hình 1.5). Quan sát ngoài hiện trường cho thấy việc tăng độ cứng của hệ văng chống đã làm giảm chuyển dịch của đất ở biên ngoài hố đào. (Hình 1.5) liên hệ giữa độ cứng của kết cấu tường chắn với dịch chuyển đất xung quanh hố đào thể hiện mối tương quan giữa chuyển vị ngang tường chắn với độ lún bề mặt đất xung quanh hố đào. Hình 1.5: Độ cứng hệ chống giữ, tường chắn và cách lắp đặt ảnh hưởng lớn tới độ lún thẳng đứng của đất. Theo (Goldberg và cộng sự) đã đưa ra ảnh hưởng của độ cứng và nhịp chống đỡ tới chuyển dịch ngang của tường thể hiện trên (Hình 1.6). Với các thông số: h - khoảng cách theo phương thẳng đứng giữa các cột chống đỡ hoặc giữa cột chống đỡ
10 và đáy hố đào. Ew – Môdun đàn hồi của vật liệu làm tường, Iw – Mô men quán tính của tường trên 1 đơn vị chiều dài, H – áp lực quá cố kết, Cu cường độ kháng cắt không thoát nước của đất. Theo đó, trong (Hình 1.6) với một điều kiện nền đất cụ thể thì khi độ cứng của tường chắn lớn sẽ làm giảm dịch chuyển ngang của tường, tuy nhiên với nền đất quá yếu thì dù có tăng độ cứng tường chắn lên nhiều thì dịch chuyển ngang của tường vẫn rất lớn. Hình 1.6: Ảnh hưởng của độ cứng và nhịp chống đỡ tới chuyển dịch ngang của tường. Tập hợp nhiều kết quả tính toán bằng phương pháp số với mô hình nền khác nhau, (Hình 1.7) thấy được mối quan hệ giữa độ cứng của hệ tường chắn và hệ chống đỡ hố đào có mối quan hệ với nhau. Diện tích vùng lún thẳng đứng bên ngoài hố đào xấp xỉ bằng diện tích vùng giới hạn bởi đường cong biến dạng ngang của đất ở ngay cạnh tường và biên hố móng. Hình dáng biến dạng của tường hoặc của đất ngay cạnh tường được sinh ra bởi biến dạng giữa các điểm chống đỡ ở các độ sâu khác nhau và những giá trị chuyển dịch vào trong lòng hố móng. Lực cân bằng thay đổi trong thanh chống và sự thay đổi áp lực đất ở dưới đáy hố móng là nguyên nhân gây ra một lượng dịch chuyển ngang phụ thuộc vào độ cứng của thanh chống và độ cứng của đất ở trạng thái nén bên dưới đáy hố móng. Do đó, hệ tường chắn và hệ chống đỡ có độ cứng lớn thì chuyển vị ngang tường chắn nhỏ, kéo theo chuyển vị đất xung quanh hố đào nhỏ và ngược lại. Tuy nhiên, điều này chỉ phù hợp với hố đào có mực nước ngầm thấp hơn đáy hố đào.
11 Hình 1.7: Quan hệ giữa chuyển vị tường chắn với độ lún xung quanh hố đào 1.2.2 Đặc tính của đất ảnh hưởng đến độ biến dạng xung quanh hố đào Từ những quan sát thực tiễn ngoài hiện trường cho thấy: độ cứng của hệ chống đỡ hố đào tuy làm giảm dịch chuyển đất xung quanh hố đào nhưng không hoàn toàn triệt tiêu dịch chuyển này. Mặc dù tăng một lượng lớn độ cứng của hệ chống đỡ nhưng chỉ có tác dụng làm giảm một lượng nhỏ sự dịch chuyển của đất xung quanh hố đào. Tóm lại thì việc chống đỡ chỉ làm hạn chế những dịch chuyển của đất chứ không hoàn toàn loại trừ được dịch chuyển đất. Một số tác giả (Clough, Davidson và Tomlinson) “theo tài liệu: Thiết kế và thi công hố móng sâu-PGS.TS Nguyễn Bá Kế” cho rằng: độ lớn biến dạng tại mỗi độ sâu đã cho của hố đào là một hàm của các đặc trưng chống đỡ của đất chứ không phải chỉ là độ cứng của hệ chống đỡ. Theo nghiên cứu của Tomlinson thì với cấu kiện thép, thậm chí có tiết diện rất lớn cũng trở nên không đủ độ cứng để làm giảm chuyển vị của đất bằng độ cứng đáng kể của nó. Ông cho thấy những tường bê tông cốt thép biến dạng cùng một lượng tương tự như với tường cọc ván cừ. Vậy độ cứng
12 của đất là một yếu tố rất quan trọng trong tính toán ảnh hưởng của hố đào đến độ lún công trình lân cận. Theo Christian Moormann (2004) đã tổng kết trên 530 sự cố của hố đào trên thế giới, đã đưa ra nhận xét về chuyển vị của tường và đất quanh tường phụ thuộc vào tính chất của đất và loại kết cấu tường chắn. Quan hệ giữa umax v với umax h và độ lún của đất cạnh hố đào. Qua đó đưa ra kết luận: với đất sét yếu phạm vi ảnh hưởng lún bằng khoảng ≤ 2H (với H là độ sâu của hố đào) kể từ mép hố đào, với đất sét cứng và đất cát thì phạm vi ảnh hưởng lún khoảng ≤ 0,5H. 1.3 Dự báo sự dịch chuyển của đất gần hố đào theo phương pháp kinh nghiệm Phương pháp được xây dựng trên cơ sở quan trắc hố đào và công trình lân cận trong thi công thực tiễn, tập hợp các kết quả quan trắc tại vùng địa chất đặc trưng để thiết lập nên công thức và biểu đồ thực nghiệm. Tuy nhiên, áp dụng những công thức kinh nghiệm hoặc bán kinh nghiệm cũng chưa rõ ràng. Vì hầu hết những công thức, phương pháp tính toán trên đều dựa vào kinh nghiệm thực tế của tác giả tại khu vực xây dựng cụ thể, chưa thể tổng quát để áp dụng cho tính toán cho các khu vực xây dựng rất đa dạng về điều kiện địa chất thuỷ văn, điều kiện công trình lân cận… Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, những phương pháp kinh nghiệm kinh điển và phương pháp kinh nghiệm mới nhất được tập hợp từ kết quả đo đạc của nhiều công trình sảy ra sự cố trên thế giới. 1.3.1 Phương pháp kinh nghiệm của Peck (1969) Từ những quan trắc đo lún ở lân cận hố móng sâu tại một số hiện trường có điều kiện đất nền xác định, có thể ước lượng độ lún của đất quanh các hố đào khác có điều kiện đất tương tự. Công trình của Peck được tổng kết trong (Hình 1.8) là tập hợp những quan trắc đo lún ở lân cận hố móng sâu tại một số hiện trường ở thành phố Chicago. (Hình 1.8) cho thấy độ lún thẳng đứng (theo % của độ sâu hố móng) với khoảng cách đến
13 hố móng (là đại lượng không thứ nguyên) như một tỷ lệ với độ sâu hố móng. Biểu đồ được vẽ theo khoảng cách từ hố móng tới nơi xảy ra độ lún. Hình 1.8: Biểu đồ thực nghiệm để dự tính độ lún của đất quanh hố móng (Peck 1969).  Vùng I: Cát và đất sét cứng (Cu >30Kpa)  Vùng II: Sét rất mềm tới mềm (Cu
14 1.3.2 Phương pháp của Kamran M.Nemati (2007) Phương pháp này tính toán ảnh hưởng độ lún của hố đào đến công trình lân cận (xem Hình 1.9) cũng có cách thức tính toán tương tự như phương pháp của Peck (1969). Cũng sử dụng quan điểm tư duy của Peck là ảnh lún của hố đào là một hàm phụ thuộc độ cứng độ cứng của đất, ông đã tập hợp các số liệu quan trắc lún xung quanh hố đào để xây dựng biểu khoảng cách từ hố móng tới nơi xảy ra độ lún. Theo giáo sư Kamran M.Nemati thuộc trường Đại học Washington thì: Việc xác định độ lún công trình lân cận hố đào đến nay chưa có một lý thuyết thuần thục nào để xác định nó, việc tính toán chỉ đơn giản là sử dụng kinh nghiệm để xác định độ lún. Cách thức tính toán hoàn toàn giống phương pháp của Peck (1969), chỉ thay đổi các hệ số tính toán.  Vùng I: Cát và đất sét cứng  Vùng II: Sét rất mềm tới mềm  Vùng III: Sét rất mềm tới mềm ở độ sâu dưới đáy hố móng Hình 1.9: Giới hạn xác định độ lún đất xung quanh hố đào 1.3.3 Phương pháp của Christian Moormann (2004) Theo nghiên cứu của Christian Moormann (2004) thì chuyển vị của tường và đất quanh tường tuỳ thuộc vào tính chất của đất và loại kết cấu tường chắn. Mối quan hệ giữa umax v với umax h và độ lún của đất cạnh hố đào được thể hiện trên (Hình 1.10) với hàm ( umax h ) = f(H).
15 Hình 1.10: (a) Tỷ số umax v /umax h ,(b) lún mặt đất cạnh hố đào với một số loại nền. Từ đó rút ra một số nhận xét:  Đối với hố móng sâu trong đất mềm, độ lún lớn nhất của mặt đất cạnh hố đào phụ thuộc vào chiều sâu hố đào và nằm trong phạm vi umax v /H = 0,1 ÷ 10,1%.  Tỷ số giữa chuyển vị đứng lớn nhất với chuyển vị ngang lớn nhất thay đổi từ 0,5 ÷ 1,0. Còn đối với đất sét mềm thì tỷ số giữa chuyển vị đứng lớn nhất với chuyển vị ngang lớn nhất lên tới 2 lần. Độ lún lớn nhất tại mặt đất quanh hố móng thường gặp trong khoảng ≤ 0,5H từ mép móng trong đất chặt (cát và sét), còn trong đất sét mềm thì trong khoảng ≤ 2H.  Chuyển vị ngang lớn nhất của tường chắn umax h xuất hiện ở dộ sâu z = 0,5 ÷ 1H (chiếm 67%) và ở đỉnh tường chắn z = 0 (chiếm 21%). 1.4 Phương pháp số trong tính toán ảnh hưởng của hố đào đến độ lún của công trình lân cận Phương pháp số được sử dụng rộng rãi nhờ khả năng tính toán được các bài toán phức tạp trong thời gian ngắn và sử dụng dễ dàng hơn so với các phương pháp tính
16 toán khác. Tuy nhiên, là phương pháp tính gần đúng sự làm việc của hố đào trong thực tế nên việc thiết lập mô hình phân tích có thể sảy ra sai lệch lớn. Sai lầm trong tính có thể bắt đầu từ việc xây dựng sai mô hình tính (đặc biệt là mô hình nền không phù hợp với ứng sử thực tiễn của đất), khai báo các dữ liệu đầu vào sai, quá trình sử lý phân tích tính toán sai, cho đến xuất kết quả tính toán và kiểm soát kết quả tính là rất khó. Để tránh được những sai lầm trong tính toán bài toán địa kỹ thuật bằng phương pháp số thì đòi hỏi kỹ sư thiết kế cần có: Thứ nhất, phải hiểu sâu về cơ học đất, hiểu rõ các tham số tính toán của nền đất và thuật toán trong phương pháp số. Thứ hai, phải hiểu biết sâu và có khả năng phân tích mô hình phù hợp với ứng sử làm việc thực tế của hố đào, hiểu về những hạn chế các mô hình. Cuối cùng, là sử dụng thành thạo phần mềm phù hợp trong tính toán bài toán địa kỹ thuật. Một số sai lầm trong sử dụng phương pháp số tính toán bài toán địa kỹ thuật: 1.4.1 Ứng dụng phần mềm tính toán không phù hợp Mô hình hoá sơ đồ tính toán hệ tường chắn và giằng chống bằng việc sử dụng phần mềm tính toán kết cấu rất dễ nhầm lẫn, không phù hợp với mô hình làm việc thực tế của hệ tường giằng chắn đất với nền đất. Mô hình tương tác giữa đất và tường chắn thông qua gán gối lò xo trong mô hình tính, quan niệm tính toán tuân theo định luật Hooke ứng suất-biến dạng có mối quan hệ tuyến tính không phù hợp với ứng sử thực tế của đất nền. Tham số độ cứng của gối lo xo xác định trong tính toán là khá phức tạp, rất dễ nhầm lẫn sẽ dẫn đến kết quả sai lệch lớn. Ngoài ra, phần mềm tính toán không mô tả được thực tế thi công theo từng giai đoạn đào đất và lắp dựng hệ giằng chắn giữ. Mối tương tác giữa nền đất và hệ tường chắn trong áp dụng tính toán bằng phần mềm tính toán kết cấu không biểu thị được phần tử bề mặt giữa tường chắn và đất nền. Sự cố hố đào khi sử dụng phần mềm Sap 2000 trong tính toán của công trình: “Chung cư N04-28 tầng khu ngoại giao đoàn” tại xã Xuân đỉnh, huyện Từ liêm, Hà nội. Mô hình hoá sơ đồ thiết kế trên phần mềm Sap 2000 (Hình 1.11).
17 Hình 1.11: Mô hình sơ đồ tính trong phần mềm Sap2000. Sự cố hố đào diễn ra khi đào sát chân tường cừ tại cao trình đáy đài móng theo thiết kế. Theo tính toán biện pháp thi công của nhà thầu (bằng phần mềm Sap 2000) thì hệ văng chống xiên hoàn toàn đủ khả năng chịu lực theo điều kiện bền và điều kiện ổn định tổng thể. Tuy nhiên, sau khi tính toán kiểm tra nguyên nhân sự cố hố đào bằng phần mềm Plaxis V8.5 thì toàn bộ hệ văng chống xiên không đủ khả năng chịu lực, hố đào bị sụp đổ hoàn toàn theo điều kiện ổn định chống lật. (Hình 1.12) thể hiện tính toán nội lực thanh chống và sự phá hoại hệ thanh chống xiên. Hình 1.12: Mô tả phá hoại hệ chống xiên
18 Một số Hình ảnh hố đào trước và sau sự cố : Hình 1.13: Hình ảnh trước và sau sự cố đổ tường chắn. 1.4.2 Áp dụng mô hình nền không phù hợp với tính chất làm việc thực tế của nền đất Mô hình nền là mô hình liên tục thể hiện sự ứng xử của nền đất dưới tác động bên ngoài (tải trọng). Bài toán thực sự đúng đắn khi lựa chọn mô hình nền sát với điều kiện làm việc thực tế. Mô hình nền rất quan trọng trong việc xác định xem khả năng làm việc của đất nền: + Cường độ cho phép. + Biến dạng cho phép. Phân tích sự cố sụp đường cao tốc Nicoll ở Singarpore rút ra được nhiều bài học bổ ích về áp dụng mô hình nền trong tính toán ảnh hưởng của hố đào sâu đến độ lún công trình lân cận. Theo Richard Davies và nhiều chuyên gia tìm hiểu nguyên nhân sảy ra sự cố thì: nguyên nhân chủ yếu là do thiết kế sai đã sử dụng dữ liệu không thích hợp trong khai báo mô hình nền, sai lầm từ bắt đầu từ nhập số liệu đầu vào. Hình 1.14: Mặt bằng dự án đường cao tốc
19 Hình 1.15: Mặt cắt địa chất và mô hình toán tại khu vực sảy ra sự cố. Hình 1.16: Hình ảnh công trình trước khi sảy ra sự cố Hình 1.17: Hình ảnh công trình sau khi sảy ra sự cố
20 Phân tích nguyên nhân thiết kế sai do sử dụng dữ liệu không thích hợp trong khai báo mô hình nền. Kiểm tra tính toán bằng phần mềm Plaxis với hai phương án tính toán A và B. Cả hai phương án đều sử dụng mô hình nền Morh-Coulomb. Phương án A là phương án được sử dụng để thiết kế biện pháp thi công:  Sử dụng ứng suất hữu hiệu trong khai báo tính toán áp lực đất lên tường chắn.  Giả thiết nền đất làm việc trong điều kiện đàn hồi đẳng hướng và trong giới hạn trạng thái phá hoại của Morh-Coulomb.  Với các giả thiết trên thì giá trị của ứng suất hữu hiệu có kết quả như là một giá trị hằng số trong quá trình chảy dẻo. Phương án B là phương án kiểm tra tìm hiểu nguyên nhân của sự cố:  Sử dụng ứng suất tổng trong phần tích tính toán áp lực đất lên tường chắn. So sánh hai kết quả tính toán: Phương án A Phương án B Hình 1.18: Biểu đồ chuyển vị và mô men uốn của tường chắn