Phân tích ổn định tường vây trong hố đào sâu được gia cường bằng cọc xi măng đất

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:16

Thêm vào BST

Báo xấu

36
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu trình bày phương pháp bố trí cọc xi măng đất tối ưu giúp tăng cường ổn định công trình, giảm chuyển vị cũng như độ võng của tường. Đầu tiên, phương pháp Plaxis 3D được thực hiện để mô phỏng và phân tích việc thực hiện cọc trong Dự án Song - San nằm ở khu vực K1 của lưu vực Đài Bắc. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Phân tích ổn định tường vây trong hố đào sâu được gia cường bằng cọc xi măng đất

PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TƯỜNG VÂY TRONG HỐ ĐÀO SÂU ĐƯỢC GIA CƯỜNG BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT LÊ ĐỨC LINH* LÊ BÁ VINH NGUYỄN NHỰT NHỨT Analysis stability of deep excavation reinforced by cement piled Abstract: Method of using the soil cement piles in order to increase the resistance, soil intensity of ground final layer which is constructed below for preventing basal heave instability, controlling wall deflections and reducing the strut loads for braced excavations in deep deposits of soft clay. The study presents the optmal method of arranging the soil cement piles that helps to enhance the construction stability, reduce the displacement as well as the wall deflections. First, Plaxis 3D method is carried out to simulate and analysise the piles implementation in Song - San Project located in the K1 area of the Taipei Basin. In there, the soil cement piles are placed in a triangular grid for improving the soft clay to stabilize the wall and to prevent the sludge protruding out of pits. Next, the piles arrangements with different places are caculated, compare and evaluate. Results show that the plans for the arrangement of soil cement piles in single-wall strip (PA2) and the arrangement of soil cement piles by block (PA4) presenting in a horizontal displacement of 20%-22% compared with the arrangement of soil cement piles in a triangular grid, effectively controlling the horizontal displacement of the diaphragm wall. The value of internal force in the wall is significantly reduced, including torque reduction of about 23% and reduction force of about 22% compared to the arrangement of soil cement piles according to the triangular grid (PA1). This shows that, in the construction of deep excavation pits in areas with weak geological foundation, it is necessary to use soil cement piles to reinforce the foundation under the excavated pit bottom, and at the same time choose the solution of arranging soil cement piles according to the wall or in blocks in direct contact and perpendicular to the diaphragm wall to increase the building stability. Keywords: Numerical analysis PLAXIS 3D, Jet grout pile, Ground improvement Finite element analysis Strut force, Wall deflection. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ * sâu làm thay đổi trạng thái ứng suất, biến dạng Khi thi công tầng hầm cho các công trình nhà trong đất nền xung quanh khu vực hố đào và cao tầng, vấn đề phức tạp đặt ra là giải pháp thi làm thay đổi mực nƣớc ngầm dẫn đến nền đất bị công hố đào sâu trong điều kiện xây chen liên dịch chuyển và có thể lún gây hƣ hỏng công trình quan đến các yếu tố kỹ thuật. Thi công hố đào lân cận. Giải pháp chống đỡ thành hố đào thƣờng đƣợc áp dụng là tƣờng vây cọc barrette, ƣu điểm * Bộ môn Địa cơ – Nền móng, Khoa Kỹ thuật Xây dựng, của giải pháp này là đảm bảo về cƣờng độ cũng Tr ng Đ i học Bách Khoa - Đ i học Quốc gia thành nhƣ độ ổn định dƣới tác dụng của áp lực đất và phố Hồ Chí Minh. Email: ldlinh.sdh19@hcmut.edu.vn các loại tải trọng do đƣợc cắm sâu vào đất, neo 78 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2021
trong đất hoặc đƣợc chống đỡ từ trong lòng hố bằng cọc xi măng đất trong các trƣờng hợp trên đào theo nhiều cấp khác nhau, hoặc sử dụng các [hình 2]. giải pháp gia cố chân tƣờng vây cọc barrette để làm giảm chuyển vị ngang của tƣờng. Đối với khu vực có nền địa chất yếu, bề dày lớn, việc lựa chọn tƣờng vây cọc barrette để giữ ổn định hố đào khi thi công tầng hầm là phù hợp. Tuy nhiên, cần phải cắm sâu chân tƣờng vây đến lớp đất tốt mới hiệu quả. Giải pháp xử dụng cọc xi măng đất làm tăng Hình 2: Ph ơng án cải thiện đất trong hố đào sức kháng cắt, cƣờng độ đất nền nhằm giữ chân sâu bằng cọc xi măng đất tƣờng vây cọc barrette và chống bịt đáy hố đào tăng khả năng ổn định công trình đƣợc xem xét. 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trong nghiên cứu này, tác giả phân tích, tính 2.1. Hố đào sâu toán các phƣơng án bố trí cọc xi măng đất để a) Đặc điểm hố đào sâu khảo sát, lựa chọn phƣơng án tối ƣu và kiến Công tác thi công hố đào sâu đòi hỏi phải tiến nghị giải pháp gia cố nền làm giảm chuyển vị hành khảo sát, tính toán, kiểm tra thật kỹ lƣỡng ngang tƣờng vây trong thi công hố đào sâu: trƣớc khi thi công. Khi đào hố móng các công  PA1: Bố trí cọc xi măng đất theo lƣới tam trình tầng hầm khu vực có nền địa chất yếu, mực giác [hình 1(a)]. nƣớc ngầm cao và nhiều điều kiện phức tạp khác  PA2: Bố trí cọc xi măng đất theo dải rất dễ sinh ra mất ổn định hố đào, phình trồi đáy tƣờng đơn [hình 1(b)]. hố đào, kết cấu chắn giữ bị phá hoại, ảnh hƣởng  PA3: Bố trí cọc xi măng đất theo ô cờ nghiêm trọng các công trình lân cận. [hình 1(c)]. Vì vậy bài toán ổn định hố đào sâu, đòi hỏi  PA4: Bố trí cọc xi măng đất theo khối phải phân tích và lựa chọn giải pháp tƣờng chắn [hình 1(d)]. đủ cứng để chống lại sự phá hoại kết cấu và chuyển vị ngang quá mức. b) Các nhân tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây Các nhân tố ảnh hƣởng đến chuyển vị ngang của tƣờng vây trong hố đào sâu đƣợc Kung, 2009 (a) (b) đƣa ra. Độ cứng của tƣờng vây, hệ thanh chống, chiều dài của tƣờng vây; Hình dạng của hố đào; Cải thiện đất nền công trình. Các phƣơng pháp thi công; Tính chất cơ lý của đất nền, lịch sử chịu lực của đất nền, mực nƣớc ngầm. - Chang-Yu Ou (2006) [1] cũng đã nêu lên (c) (d) những nhân tố ảnh hƣởng đến chuyển vị ngang Hình 1: (a) Bố trí theo l ới tam giác; của tƣơng vây trong hố đào sâu bao gồm: sự (b) bố trí theo dải t ng; (c) bố trí theo ô c ; mất cân bằng lực, độ cứng của tƣờng vây, hệ (d) bố trí theo khối thống h trợ và hệ số an toàn. Phần mềm PLAXIS 3D đƣợc sử dụng để c) Các nghiên cứu về ảnh hưởng đến phân tích ổn định hố đào sâu đƣợc gia cƣờng chuyển vị ngang của tường vây ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2021 79
- Ảnh hưởng c a hệ số an toàn chống trồi đáy Mối liên hệ giữa chiều sâu hố đào với chuyển vị Hệ số an toàn chống trồi đáy đã đƣợc Clough ngang của tƣờng vây trong hố đào sâu đã đƣợc Ou và O’Rourke (1990) nghiên cứu. Clough và và các đồng sự (1993) nghiên cứu. Kết quả của O’Rourke đã đƣa ra mối tƣơng quan thông qua nghiên cứu này thì chuyển vị ngang lớn nhất trong biểu đồ sau [hình 3]. các tƣờng vây hố đào sâu khoảng từ 0,2-0,5% chiều sâu hố đào: min = (0,2-0,5%) He [hình 4]. - Ảnh h ởng của chiều sâu ngàm t ng Chang-Yu Ou (2006) [1] đã đề cập đến mối liên hệ giữa chiều sâu cắm tƣờng vây (Hp) đến chuyển ngang của tƣờng vây [hình 5]. Hình 3: Mối tương quan,Clough và O’Rour (1990) Clough và O’Rourke (1990) đƣa ra kết luận rằng trong một hố đào sâu điển hình thì chuyển vị ngang của tƣờng tỷ lệ thuận với chiều rộng Hình 5: Chiều sâu ngàm t ng Hp, của hố đào sâu. Khi chiều rộng của hố đào càng Chang-Yu Ou (2006) lớn thì sự mất cân bằng lực càng chênh lệch do đó chuyển vị ngang của tƣờng càng lớn. Trong đất sét yếu, chiều rộng của hố đào càng lớn thì hệ số an toàn chống trồi đáy càng giảm, chuyển vị ngang càng lớn. - Ảnh h ởng của chiều sâu hố đào Hình 6: Tương quan giữa chi u s u ngàm tường và chuyển vị ngang c a tường (Chang-Yu Ou 2006) Tác giả đã tiến hành phân tích một hố đào sâu 20m bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn [hình 6]. Khi sức kháng thông thƣờng của đất nền là Su/’v = 0,36, chiều sâu ngàm chân tƣờng Hp= 4m thì tƣờng bị hiện tƣợng đá chân (phá Hình 4: Mối t ơng quan giữa chuyển vị ngang hoại), lúc đó chuyển vị ngang của tƣờng tăng lớn nhất của t ng vây với chiều sâu của hố lên nhanh chóng. Trong trƣờng hợp Su/’v = đào Ou và các đồng sự, 1993 0,28, tƣờng bị phá hoại khi H p=10m lúc đó 80 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2021
chuyển vị ngang của tƣờng tăng lên nhanh d) Các phương pháp phân tích chuyển vị chóng. Do đó khi tƣờng đã ở trạng thái ổn định ngang của tường vây trong hố đào sâu thì chiều sâu ngàm của chân tƣờng ảnh hƣởng Theo Chang-Yu Ou (2006) [1] có ba phƣơng không đáng kể đến chuyển vị ngang của tƣờng. pháp phân tích chuyển vị ngang của tƣờng vây: - Ảnh h ởng của độ cứng t ng và phân bố phƣơng pháp giản đơn, phƣơng pháp dầm trên đất tốt - đất yếu nền đàn hồi và phƣơng pháp phần tử hữu hạn. Khi chƣa lắp các thanh chống thì tƣờng sẽ Phương pháp giản đơn dựa trên những chuyển vị nhƣ một dầm hẫng, khi đã lắp thanh trƣờng hợp trong qua khứ để xây dựng nên chống, độ cứng của thanh chống đủ lớn thì những biểu đồ về mối quan hệ giữa các nhân tố tƣờng sẽ chuyển vị dạng xoay quanh điểm tiếp khác nhau với chuyển vị ngang của tƣờng vây giáp giữa tƣờng và thanh chống và chuyển vị và đƣợc sử dụng để dự đoán sơ bộ chuyển vị ngang lớn nhất của tƣờng sẽ gần đáy hố đào của tƣờng vây trong những trƣờng hợp tƣơng tự. [hình 7]. Nếu lớp đất tại vị trí đáy hố đào là Do vậy, phƣơng pháp giản đơn có nhiều hạn chế đất yếu thì chuyển vị ngang lớn nhất của vì chuyển vị ngang của tƣờng vây là tổng hợp tƣờng sẽ nằm dƣới đáy hố đào, ngƣợc lại khi tác động của nhiều nhân tố khác nhau, điều kiện lớp đất ngay tại đáy hố đào là lớp đất tốt thì địa chất khác nhau nên việc áp dụng cho những chuyển vị ngang lớn nhất của tƣờng sẽ nằm công trình ở những khu vực khác thì kết quả có trên đáy hố đào. Khi độ cứng của hệ thống độ tin cậy thấp. thanh chống không đủ lớn thì chuyển vị ngang Phương pháp dầm trên nền đàn hồi và của tƣờng có dạng dầm hẫng và trong trƣờng phương pháp phần tử hữu hạn hợp này thì chuyển vị lớn nhất của tƣờng là Phƣơng pháp dầm trên nền đàn hồi và ngay tại vị trí đỉnh tƣờng (Chang-Yu Ou, phƣơng pháp phần tử hữu hạn là hai phƣơng 2006) [hình 8]. pháp thông dụng trong phân tích chuyển vị ngang của tƣờng vây trong hố đào sâu. Ƣu điểm của hai phƣơng pháp này chính mô phỏng gần trọn vẹn những nhân tố ảnh hƣởng đến chuyển vị ngang của tƣờng vây trong hố đào sâu. Tuy nhiên lý thuyết cơ bản của hai phƣơng pháp này thì không thật sự đơn giản đặc biệt là phƣơng pháp phần tử hữu hạn. Hình 7: a giai đo n đào ch a có thanh chống, Trong phƣơng pháp phần tử hữu hạn b giai đo n có thanh chống, c giai đo n l p M.Mitew [2] đã sử dụng mô hình Mohr- nhiều tầng thanh chống, Chang-Yu Ou (2006) Coulomb trong phần mềm Plaxis 2D để phân tích. Độ cứng của đất nền đƣợc M.Mitew chia ra làm bốn trƣờng hợp; FEM 1: độ cứng đất nền dựa theo tiêu chuẩn Ba Lan, FEM 2: độ cứng đất nền dựa theo những nghiên cứu trƣớc đó, FEM 3: độ cứng đất nền dựa vào kết quả khảo sát địa chất, FEM 4: độ cứng đất nền dựa vào kết quả đo đạc ứng suất tại hiện trƣờng. Hình 8: a giai đo n đào ch a có thanh chống, Tất cả những kết quả phân tích đƣợc so sánh (b) giai đo n có thanh chống, c giai đo n l p với kết quả quan trắc tại hiện trƣờng. M.Mitew nhiều tầng thanh chống, Chang-Yu Ou (2006) đã nhận xét việc tính toán bằng phƣơng pháp ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2021 81
ứng suất phụ thuộc cho kết quả rất biến động vì phụ thuộc nhiều vào cách xác định hệ số Kh. Trong khi đó việc tính toán bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn cho kết quả tính ít biến động và gần sát với kết quả quan trắc. 2.2. Tƣờng vây cọc barrette Đã có nhiều nghiên cứu về sự làm việc của hệ tƣờng vây cọc barrette trong thi công hố đào sâu, nhƣng hầu hết các nghiên cứu đều mô phỏng tƣờng vây là phần tử tấm Plate liên tục [hình 9]. Hình 10: T ng vây cọc barrette Hình 11: T ng vây cọc barrette thực tế Tƣờng vây là một hệ các cọc barrette riêng biệt đƣợc bố trí nối các đoạn tƣờng lại với nhau bằng các đầu nối đặc biệt, vì vậy mà độ cứng của hệ tƣờng vây chỉ làm việc theo phƣơng Hình 9: T ng vây mô hình tấm Plate đứng, mô men kháng uốn của tƣờng vây theo phƣơng ngang bằng không [hình 11]. Xét trên phƣơng diện bài toán phẳng nhƣ 2.3. Cọc i măng đất [hình 9] chỉ phù hợp với công trình có nhịp a. Phương pháp tính toán theo quan điểm tƣờng vây liên tục trên mét dài. Hiện nay vẫn có trụ làm việc như cọc thể phân tích tƣờng vây trên mô hình 3D, nhƣng Theo quan điểm này đòi hỏi trụ phải có độ vẫn xem phần tử tấm là liên tục làm việc theo cứng tƣơng đối lớn và các đầu trụ này đƣợc đƣa hai phƣơng. vào tầng đất chịu tải. Khi đó lực truyền vào Thực tế tƣờng vây cọc barrette là hệ tƣờng móng sẽ chủ yếu đi vào các trụ xi măng đất (bỏ gồm các khối cọc barrette đơn nguyên bố trí liên qua sự làm việc của nền dƣới đáy móng). tục với nhau tạo thành hệ tƣờng [hình 10], do Khả năng chịu lực của công trình phụ thuộc vậy độ cứng của hệ tƣờng vây cọc barrtte theo vào số lƣợng và cách bố trí các trụ trong khối phƣơng đứng và phƣơng ngang là hoàn toàn móng, đảm bảo cho móng trụ không phát sinh khác nhau. biến dạng và lún quá lớn. 82 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2021
b. Phương pháp tính toán theo quan điểm nền tương đương Để cho tiện việc tính toán và mô phỏng, các cọc Jet Grouting và đất nền đƣợc xem nhƣ làm việc theo một khối đồng nhất và đƣợc quy đổi thành một khối vật liệu tƣơng đƣơng [hình 12]. Hình 12: Cải t o đất duới đáy hố đào Với việc áp lực đất tác dụng lên bề mặt h n hợp bao gồm các khu đất đƣợc cải tạo và khu vực đất không đƣợc cải tạo ở dƣới đáy hố đào, công thức tính đề nghị đánh giá các tính chất vật liệu tổng thể của h n hợp mặt đất theo Chang-Yu Ou, Tzong-Shiann Wu, Hsii-Sheng Hsieh (2007). Hình 14: Mặt bằng Dự án Song - San Peq = PgIrm + Pc(1-Irm) 3. PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TƢỜNG VÂY Tác giả đƣa ra nhiều giải pháp thiết kế từ TRONG HỐ ĐÀO SÂU ĐƢỢC GIA những phân tích bằng phƣơng pháp số, đƣa ra kết luận rằng do hiệu ứng góc nên không cần CƢỜNG BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT thiết phải tăng cƣờng cọc xi măng đất trong khu Chang-Yu Ou (2007) [3] cho rằng chuyển vị vực hố đào, phạm vi 8m từ góc tƣờng vây [hình tƣờng và độ lún là nguyên nhân gây ra các phá 15, 16]. hủy đến các công trình lân cận và để giải quyết vấn đề này tác giả sử dụng cọc xi măng đất để gia cƣờng nền đất yếu trong quá trình thi công hố đào sâu. Trong nghiên cứu này tác giả sử dụng công trình thực tế thuộc khu vực Đài Bắc, chiều dài công trình 51m, rộng 24m và đào sâu 9,31m, tƣờng Diaphragm wall dày 600mm, cắm sâu đến độ sâu -21m, có lắp đặt 05 thiết bị quan trắc chuyển vị ngang SI-1, SI-2, SI-3, SI-4, SI-5 Hình 15: Ảnh h ởng hiệu ứng góc, [hình 14]. Chang-Yu Ou (2007) ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2021 83
nằm ở khu vực K1 của lƣu vực Đài Bắc. Địa tầng gồm lớp đất đắp dày 1,5m, hệ tầng gồm nhiều lớp phù sa và lớp đất sét yếu, mực nƣớc ngầm xuất hiện ở độ sâu GL-3,3m. Tƣờng vây Diaphragm wall dày 600mm, sâu đến độ sâu - 21m. Hố đào sâu 9,31m, với ba cấp độ thanh chống đƣợc sử dụng để h trợ trong quá trình thi công hố đào. [hình 17]. Hình 16: Kết quả nghiên cứu đ c áp d ng, Mặt bằng công trình có chiều dài 51m, rộng Chan-Yu Ou (2007) 24m đƣợc sử dụng để nghiên cứu [hình 18]. Wengang Zhang (2020) [4] đã nghiên cứu hiệu quả sử dụng của cọc xi măng đất xử lý nền đất yếu trong thi công hố đào sâu. Tác giả sử dụng cọc xi măng đất đƣợc thi công bằng công nghệ Jet grout piles (JGP) để cải tạo các lớp đất dƣới đáy hố móng nhằm giữ ổn định chân tƣờng vây và giảm tải cho hệ thanh chống. Hình 18: Mặt bằng Dự án và hệ thanh chống 3.1. Mô hình toán số Phần mềm Plaxis 3D [5] đã đƣợc sử dụng để tiến hành các phân tích số. Để đơn giản và do Hình 17: Mặt c t ngang của hố đào Dự án tính đối xứng, mô phỏng ¼ hình chữ nhật (mặt Song - San mô phỏng theo Ou bằng 51m x 24m). Biên mô hình 50m x 100m x 40m (trục xyz) đã đƣợc sử dụng để phân tích. Trong nghiên cứu này, Zhang kế thừa và phát triển nghiên cứu của Chang-Yu Ou (2007), khảo a) Thông số đất nền sát công trình thực tế thuộc Dự án Song - San Bảng 1: Thông số địa chất các lớp đất trong PLAXIS 3D. Lớp 3 Thông Đ ơn Lớp 1 Lớp 2 Lớp 4 Lớp 5 Lớp 6 (Silty số vị (Fill) (Silty clay) (Silty clay) (Silty clay) (Silty clay) sand) Đ ộ sâu m 0,0-1,5 1,5-3,8 3,8-9,7 9,7-15 15-20 > 20 Mô hình HS HS HS HS HS HS 84 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2021
Lớp 3 Thông Đ ơn Lớp 1 Lớp 2 Lớp 4 Lớp 5 Lớp 6 (Silty số vị (Fill) (Silty clay) (Silty clay) (Silty clay) (Silty clay) sand) Undrained Undrained Undrained Undrained Phân tích Drained Drained (B) (B) (B) (B) γunsat kN/m3 18,0 17,76 18,34 18,54 17,76 18,05 γsat kN/m3 18,0 17,76 18,34 18,54 17,76 18,05 kx m/day 1 0 1 0 0 0 ky m/day 1 0 1 0 0 0 E50ref kN/m2 5000 7500 7500 20400 27600 54000 Eeodref kN/m2 5000 7500 7500 20400 27600 54000 Eurref kN/m2 15000 22500 22500 61200 82800 162000 m (-) 0,5 0 0,5 0 0 0 Su kN/m2 - 15 - 34 46 87 c’ref kN/m2 0 - 0 - - - φ' φ' (O) 28 - 29 - - - υur (-) 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 pref kN/m2 100 100 100 100 100 100 Rf (-) 0,6 0,9 0,6 0,9 0,9 0,9 b) Thông số cọc xi măng đất Bảng 2: Thông số cọc i măng đất Thông γ Su E0 Kích thƣớc số (kN/m3) (kPa) (MPa) (m) Base slab 18,5 170 100 Dày 0,8 m Jet grout pile 18,5 115 67 Dài 11,4m, D1600 c) Thông số tường vây và thanh chống mô hình hóa bằng các phần tử dầm đàn hồi Tƣờng vây đƣợc mô hình hóa bằng các tuyến tính với diện tích mặt cắt A= 218,69 phần tử đàn hồi tuyến tính với độ cứng E wI w cm 2 và cƣờng độ Es = 2,06×108 kPa = 4,12×105 kPa. Các thanh chống thép đƣợc (H400x400x13x21). ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2021 85
3.2. Các phƣơng án bố trí cọc i măng a) Bố trí cọc xi măng đất theo lưới tam giác Khoảng cách cọc xi măng đất (s) là 3,05m x 3,23m, đƣờng kính cọc 1,6m, dài 11,4m, tỷ lệ thay thế cọc Li=72%L = 72% x 51m = 36,8m [hình 19]. Hình 21: Bố trí cọc xi măng đất theo dải t ng đơn PA2 Hình 19: Mặt bằng bố trí cọc JGP c) Bố trí cọc xi măng đất theo ô cờ Hình 22: Bố trí cọc xi măng đất theo ô c PA3 d) Bố trí cọc xi măng đất theo khối Hình 20: Bố trí cọc xi măng đất theo l ới tam giác (PA1) b) B trí ọ i ă đất t eo dải tƣờ đơ 86 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2021
Hình 23: Bố trí cọc xi măng đất theo khối PA4 3.3. Mô phỏng trong Pla is 3D Hình 26: Mô hình cọc xi măng đất bố trí theo Cọc xi măng đất đƣợc mô hình hóa bằng ô c trong phần mềm PLAXIS 3D phần tử volume trong Plaxis 3D. Hình 24: Mô hình cọc xi măng đất bố trí theo l ới tam giác trong phần mềm PLAXIS 3D Hình 27: Mô hình cọc xi măng đất bố trí theo khối trong phần mềm PLAXIS 3D 3.4. Kết quả u ể vị v ội l ủ tƣờ vâ t eo p ƣơ X, vị trí ảo sát SI-1 a) Kết quả chuyển vị ngang (Ux) của tường Hình 25: Mô hình cọc xi măng đất bố trí theo dải t ng đơn trong phần mềm PLAXIS 3D ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2021 87
chống diễn ra đồng thời nên tƣờng không bị chuyển vị trƣớc, tuy nhiên đầu tƣờng vây dễ bị dịch chuyển âm do kích hoạt hệ thanh chống và tải ứng suất trƣớc. Từ kết quả phân tích, quan sát thấy rằng kết quả phân tích từ phần tử hữu hạn Plaxis 3D mô phỏng theo các phép đo tại ch một cách hợp lý cả về định tính và định lƣợng, vì vậy xác định mô hình số hiện tại. Do đó, cùng một mô hình số sẽ đƣợc tác giả sử dụng để phân tích các trƣờng hợp bố trí cọc xi măng đất theo các phƣơng án khác nhau. Hình 28: Kết quả chuyển vị ngang của t ng vây trong ph ơng án bố trí cọc xi măng đất theo l ới tam giác t i vị trí khảo sát SI-1 Qua phân tích phần tử hữu hạn Plaxis 3D [hình 28], cho thấy chuyển vị lớn nhất của tƣờng vây theo phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo lƣới tam giác (PA1) tại vị trí khảo sát SI-1 là 35,8mm và chuyển vị lớn nhất theo quan trắc tại vị trí SI-1 là 35,6mm (Chang-Yu Ou, 2007). Kết quả chuyển vị lớn nhất của tƣờng vây theo PA1 so với kết quả quan trắc có sự tƣơng đồng về độ lớn và hình dạng đƣờng cong Hình 29: Kết quả chuyển vị ngang t ng vây chuyển vị ngang tƣờng theo độ sâu. của các ph ơng án t i vị trí khảo sát SI-1 Kết quả quan trắc đƣợc đo đạc, kiểm chứng tại hiện trƣờng có sự khác biệt so với các kết Kết quả phân tích quá trình thi công hố đào quả thu đƣợc từ phân tích số ở độ sâu từ 0m khi chƣa gia cố nền bằng cọc xi măng đất đến 6m [hình 29], do sau khi đã thi công xong (PA0), chuyển vị ngang tƣờng vây lớn nhất là tƣờng vây, bắt đầu tiến hành bƣớc đào đất và 62,3mm. sau đó mới lắp đặt hệ thanh chống, vì vậy Khi nền đƣợc cải thiện, gia cố bằng cọc xi tƣờng vây đã bị chuyển vị khi thanh chống măng đất cùng một tỷ lệ thay thế cọc trên chiều chƣa đƣợc lắp đặt; Đối với các kết quả trong dài mặt bằng Li=72%L = 72% x 51m = 36,8m mô phỏng tính toán bằng phần mềm Plaxis [hình 19] và cùng với thể tích xi măng đất thay 3D, sau khi đã thi công xong tƣờng vây, việc thế nhƣ nhau khoảng 500m3 thì chuyển vị của thi công các bƣớc đào và kích hoạt thanh tƣờng vây tại vị trí SI-1 cho kết quả nhƣ sau [hình 29]: 88 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2021
 Phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo lƣới tam giác (PA1) cho kết quả chuyển vị ngang tƣờng vây là 35,8mm.  Phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo dải tƣờng đơn (PA2) cho kết quả chuyển vị là 27,7mm.  Phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo ô cờ (PA3) cho kết quả chuyển vị là 32,4mm.  Phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo khối (PA4) cho kết quả chuyển vị là 28,7mm. Nhƣ vậy, phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo dải tƣờng đơn (PA2) và phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo khối (PA4) đem lại hiệu quả trong việc khống chế chuyển vị ngang của tƣờng vây. Hình 30: Mô men uốn t ng vây của các b) Kết quả nội lực tường vây theo phương X ph ơng án t i vị trí khảo sát SI-1 Mô men lớn nhất trong trƣờng hợp không xử lý nền có giá trị là 1.640,5 kNm [hình 30], khi nền đƣợc gia cố bằng cọc xi măng đất với phƣơng án bố trí theo lƣới tam giác, giá trị Mô men lớn nhất là 940,3 kNm [bảng 3], giảm 43%; Đối với các phƣơng án bố trí xi măng đất tiếp xúc trực tiếp vào tƣờng vây giá trị Mô men giảm từ 51%-59% so với trƣờng hợp không xử lý nền và giảm từ 14%-28% so với phƣơng án bố trí theo lƣới tam giác. Lực cắt lớn nhất trong trƣờng hợp không xử lý nền có giá trị là 2.112,8 kN [hình 31], khi nền đƣợc gia cố bằng cọc xi măng đất với phƣơng án bố trí theo lƣới tam giác có giá trị lực cắt lớn nhất là 1.309,7 kN [bảng 3], giảm 38%; Đối với các phƣơng án bố trí xi măng đất tiếp xúc trực Hình 31: Lực c t t ng vây của các tiếp vào tƣờng vây thì giá trị lực cắt giảm từ ph ơng án t i vị trí khảo sát SI-1 46%-56% so với trƣờng hợp không xử lý nền và giảm từ 14%-28% so với phƣơng án bố trí theo lƣới tam giác. Bảng 3: Tổng hợp kết quả chu ển vị ngang và nội lực của tƣờng vâ tại SI-1 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2021 89
Chuyển vị M11 Thể tích xi ngang Lực cắt Q13 max Phƣơng án măng đất lớn nhất max tại SI-1 tại SI-1 (m3) tại SI-1 (kN) (kNm) (mm) Kết quả quan trắc 492,9 35,6 PA0 - Không xử lý nền 0,0 62,3 1640,5 2112,8 PA1 - Bố trí cọc xi măng đất 492,9 35,8 940,3 1309,7 theo lƣới tam giác PA2 - Bố trí cọc xi măng đất 472,5 27,7 765,7 1110,0 theo dải tƣờng đơn PA3 - Bố trí cọc xi măng đất 478,8 32,4 806,4 1130,8 theo ô cờ PA4 - Bố trí cọc xi măng đất 475,2 28,7 674,5 936,7 theo khối Kết quả phân tích đƣợc tổng hợp tại [bảng 3], ta thấy khi nền đƣợc cải thiện, gia cố bằng cọc xi măng đất theo tỷ lệ thay thế cọc Li=72%L = 72% x 51m = 36,8m [hình 19], cùng với thể tích xi măng đất thay thế nhƣ nhau khoảng 500m3 thì phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo dải tƣờng đơn (PA2) và phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo khối (PA4) cho kết quả chuyển vị, mô men và lực cắt theo phƣơng X nhỏ nhất. 3.5. Kết quả chu ển vị ngang và nội lực của tƣờng vâ theo phƣơng Y, vị trí khảo sát SI-2 a) Kết quả chuyển vị ngang (Uy) của tường Hình 32: Kết quả chuyển vị ngang của t ng vây trong ph ơng án bố trí cọc xi măng đất theo l ới tam giác t i vị trí khảo sát SI-2 90 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2021
 Phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo dải tƣờng đơn (PA2) cho kết quả chuyển vị là 25,2mm.  Phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo ô cờ (PA3) cho kết quả chuyển vị là 27,2mm.  Phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo khối (PA4) cho kết quả chuyển vị là 26,1mm. Nhƣ vậy, phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo dải tƣờng đơn (PA2) và phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo khối (PA4) đem lại hiệu quả trong việc khống chế chuyển vị ngang của tƣờng vây. b) Kết quả nội lực tường vây theo phương Y Mô men lớn nhất trong trƣờng hợp không xử lý nền có giá trị là 827,3 kNm [hình 34], khi nền Hình 33: Kết quả chuyển vị ngang t ng vây đƣợc gia cố bằng cọc xi măng đất với phƣơng của các ph ơng án t i vị trí khảo sát SI-2 án bố trí theo lƣới tam giác có giá trị Mô men lớn nhất là 537,8 kNm [bảng 4], giảm 35%; Đối Qua phân tích phần tử hữu hạn Plaxis 3D với các phƣơng án bố trí xi măng đất tiếp xúc [hình 32], cho thấy chuyển vị lớn nhất của trực tiếp vào tƣờng vây thì giá trị Mô men giảm tƣờng vây theo phƣơng án bố trí cọc xi măng từ 38%-42% so với trƣờng hợp không xử lý nền đất theo lƣới tam giác (PA1) tại vị trí khảo sát và giảm từ 5%-11% so với phƣơng án bố trí SI-2 thu đƣợc là 30,4mm và chuyển vị lớn nhất theo lƣới tam giác. theo quan trắc tại vị trí SI-2 là 31,7mm (theo Lực cắt lớn nhất trong trƣờng hợp không xử Chang-Yu Ou, 2007). So sánh kết quả chuyển vị lý nền có giá trị là 1.250,5 kN [hình 35], khi nền lớn nhất của tƣờng vây theo PA1 với kết quả đƣợc gia cố bằng cọc xi măng đất với phƣơng quan trắc có sự tƣơng đồng về độ lớn và hình án bố trí theo lƣới tam giác có giá trị lực cắt lớn dạng đƣờng cong chuyển vị ngang tƣờng vây nhất là 861,3 kN [bảng 4], giảm 31%; Đối với theo độ sâu. các phƣơng án bố trí xi măng đất tiếp xúc trực Kết quả phân tích quá trình thi công hố đào tiếp vào tƣờng vây thì giá trị lực cắt giảm từ khi chƣa gia cố nền bằng cọc xi măng đất 36%-39% so với trƣờng hợp không xử lý nền và (PA0), chuyển vị ngang tƣờng vây lớn nhất là giảm từ 6%-12% so với phƣơng án bố trí theo 43,8mm. lƣới tam giác. Khi nền đƣợc cải thiện, gia cố bằng cọc xi măng đất cùng một tỷ lệ thay thế cọc trên chiều dài mặt bằng Li=72%L = 72% x 51m = 36,8m [hình 19] và cùng với thể tích xi măng đất thay thế nhƣ nhau khoảng 500m3 thì chuyển vị của tƣờng vây tại vị trí SI-2 cho kết quả nhƣ sau [hình 33]:  Phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo lƣới tam giác (PA1) cho kết quả chuyển vị ngang tƣờng vây là 30,4mm. ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2021 91
Kết quả phân tích đƣợc tổng hợp tại [bảng 4], khi nền đƣợc cải thiện, gia cố bằng cọc xi măng đất theo tỷ lệ thay thế cọc Li=72%L = 72% x 51m = 36,8m [hình 19], cùng với thể tích xi măng đất thay thế nhƣ nhau khoảng 500m3 thì phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo dải tƣờng đơn (PA2) và phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo khối (PA4) cho kết quả chuyển vị, mô men, lực cắt theo phƣơng Y nhỏ nhất. Hình 34: Mô men uốn t ng vây của các ph ơng án t i vị trí khảo sát SI-2 Hình 35: Lực c t t ng vây của các ph ơng án t i vị trí khảo sát SI-2 Bảng 4: Tổng hợp kết quả chu ển vị ngang và nội lực của tƣờng vâ tại SI-2 M11 Thể tích xi Chuyển vị ngang Lực cắt Q13 max Phƣơng án măng đất lớn nhất max tại SI-2 3 tại SI-2 (m ) tại SI-2 (mm) (kN) (kNm) Kết quả quan trắc (Chang - Yu Ou) 492,9 31,7 PA0 - Không xử lý nền 0 43,8 827,3 1250,5 PA1 - Bố trí cọc xi măng đất theo 492,9 30,4 537,8 861,3 lƣới tam giác PA2 - Bố trí cọc xi măng đất theo 472,5 25,2 478,9 770,9 dải tƣờng đơn PA3 - Bố trí cọc xi măng đất theo ô cờ 478,8 27,2 510.3 806,5 PA4 - Bố trí cọc xi măng đất theo khối 475,2 26,1 485.0 761,4 92 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2021
4. KẾT LUẬN định chân tƣờng vây, tuy nhiên nên bố trí cọc xi Qua kết quả phân tích, so sánh các phƣơng măng đất theo dải tƣờng hoặc theo khối tiếp xúc án bố trí cọc xi măng đất để gia cố nền nhằm trực tiếp và vuông góc với tƣờng vây để mang làm giảm chuyển vị ngang tƣờng vây trong lại hiệu quả trong việc khống chế chuyển vị thi công hố đào sâu, có thể rút ra một số kết ngang và làm giảm nội lực trong tƣờng. luận sau:  Tại vị trí quan trắc SI-1: Phƣơng án bố trí Lời cảm ơn cọc xi măng đất theo dải tƣờng đơn (PA2) và Chúng tôi xin cảm ơn Trƣờng Đại học Bách phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo khối Khoa, ĐHQG-HCM đã h trợ thời gian, phƣơng (PA4) cho kết quả chuyển vị nhỏ nhất là tiện và cơ sở vật chất cho nghiên cứu này. 27,7mm và 28,7mm, giảm từ 20%-22% so với phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo lƣới tam TÀI LIỆU THAM KHẢO giác, mang lại hiệu quả trong việc khống chế chuyển vị ngang của tƣờng vây; Đồng thời, giá [1] Chang-Yu Ou. Deep Excavation trị nội lực trong tƣờng vây gồm Mô men giảm Theory and Practice. London:Taylor & khoảng 23% và lực cắt giảm khoảng 22% so với Francis Group, 2006. phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo lƣới tam [2] M.Mitew (2006). "Numerial analysis of giác (PA1). displacement of diaphragm wall". Geotechnical  Tại vị trí quan trắc SI-2: Phƣơng án bố trí aspects of underground construction in soft cọc xi măng đất theo dải tƣờng đơn (PA2) và ground, pp.615-62,Tailor & Framcis, London, phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo khối UK, 2006. (PA4) cho kết quả chuyển vị nhỏ nhất là [3] Chang-Yu Ou, Fu Chen Teng, I-Wen 25,2mm và 26,1mm, giảm từ 14%-17% so với Wang. “Analysis and design of partial ground phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo lƣới tam inprovement in deep excavation’’, Computers giác, mang lại hiệu quả trong việc khống chế and Geotechnics 35, pp 576-584, 2007. chuyển vị ngang của tƣờng vây; Đồng thời, giá [4] Wengang Zhang, Yongqin Li, A.T.C. trị nội lực trong tƣờng vây gồm Mô men giảm khoảng 10% và lực cắt giảm khoảng 11% so với Goh, Runhong Zhang. “Numerical study of the phƣơng án bố trí cọc xi măng đất theo lƣới tam performance of jet grout piles for braced giác (PA1). excavations in soft clay”, Computers and Kiến nghị: Mặc dù có nhiều phƣơng án bố trí Geotechnics 124 (2020) 103631. cọc xi măng đất để gia cố đáy hố đào, giữ ổn [5] PLAXIS 3D Manual 2018. Ng i phản biện: PGS,TS. NGUYỄN VĂN DŨNG ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2021 93