ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

HOÀNG LONG HẢI

PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG
CỦA ĐẨY NỔI ĐỐI VỚI SÀN TẦNG HẦM
Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số: 60.58.02.11

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2019


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: PGS. TS Lê Bá Vinh

Cán bộ hướng dẫn khoa học 2: ThS. Hoàng Thế Thao

Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS. TS Nguyễn Trọng Phước

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. Lê Bá Khánh

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 07 tháng 01 năm 2020.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. Chủ tịch: GS. TSKH Nguyễn Văn Thơ
2. Thư ký: TS. Lại Văn Qúi

3. Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Trọng Phước
4. Phản biện 2: TS. Lê Bá Khánh
5. Ủy viên: TS. Phạm Văn Hùng
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

GS.TSKH Nguyễn Văn Thơ

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Hoàng Long Hải ............................................. MSHV: 1770363
Ngày, tháng, năm sinh: 24/06/1994 ........................................... Nơi sinh: Khánh Hòa
Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng ...................................... Mã số : 60580211
I. TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích và đánh giá tác động của đẩy nổi đối với sàn tầng hầm
( Analysis and evaluation of the impact of Buoyancy Force acting on basement floor)
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Nghiên cứu áp lực nước đẩy nổi trong đất bùn sét tại khu vực Quận 2, TP.HCM
bằng: phương pháp thực nghiệm (phương pháp quan trắc bằng đầu đo
Piezometer, phương pháp quan trắc mực nước ngầm bằng giếng Standpipe) và
phương pháp phần tử hữu hạn (sử dụng phần mềm PLAXIS).
2. Tiến hành so sánh kết quả quan trắc áp lực nước đẩy nổi giữa các phương pháp

thực nghiệm với nhau và giữa thực nghiệm với phương pháp phần tử hữu hạn.
3. Đánh giá tác động của hiện tượng thủy triều trên sơng Sài Gịn đối với áp lực
nước đẩy nổi trong đất bùn sét tại khu vực quan trắc.
4. Tiến hành mô phỏng trong PLAXIS 2D cho các trường hợp 01, 02, 03, 04 và
05 hầm để đưa ra đánh giá độ gia tăng áp lực nước đẩy nổi theo thời gian và
tác động của đẩy nổi đối với các cơng trình có tầng hầm sâu.
5. So sánh chênh lệch nội lực trong sàn hầm khi có xét và không xét đến đẩy nổi,
giữa mùa mưa và mùa khơ, từ đó kiến nghị các giải pháp phịng tránh hoặc
khắc phục.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 19/08/2019
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 08/12/2019


V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Lê Bá Vinh, ThS. Hoàng Thế Thao
...........................................................................................................................................

Tp. HCM, ngày 08 tháng 12 năm 2019
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1
(Họ tên và chữ ký)

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

PGS. TS Lê Bá Vinh

ThS. Hoàng Thế Thao


PGS. TS Lê Bá Vinh

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc cho phép tôi gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới:
▪ Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM , khoa Kỹ thuật xây dựng, bộ mơn Địa cơ
nền móng cùng các giảng viên đã tận tình chỉ dạy và tạo điều kiện giúp đỡ tơi
trong q trình học tập, nghiên cứu và hồn thành luận văn Thạc sĩ này.
▪ Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS.TS Lê Bá Vinh và
ThS. Hồng Thế Thao đã ln tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ và động
viên tơi trong suốt q trình nghiên cứu và hồn thành luận văn Thạc sĩ này.
▪ Xin gửi lời cảm ơn đến chuyên gia Mr. Tsuyoshi Shiga và Mr. Katsumasa
Yamamoto - Công ty ATK đã nhiệt tình giúp đỡ, hướng dẫn tơi thực hiện cơng
tác quan trắc, góp phần hồn thiện nội dung nghiên cứu.
▪ Bên cạnh đó, tơi xin gửi lời cảm ơn đến Ban quản lý dự án đã nhiệt tình giúp
đỡ, tạo điều kiện để tơi thực hiện cơng tác lắp đặt và quan trắc mực nước ngầm.
▪ Cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã ln khích lệ, động viên và giúp đỡ
tơi trong q trình nghiên cứu khoa học.
Mặc dù đã cố gắng rất nhiều, nhưng bài luận văn khơng tránh khỏi những thiếu
sót; tác giả rất mong nhận được sự thông cảm, chỉ dẫn, giúp đỡ và đóng góp ý kiến của
các nhà khoa học, của quý thầy cô, các cán bộ quản lý và các bạn đồng nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn!
TP. Hồ Chí Minh, ngày 08 tháng 12 năm 2019

HỒNG LONG HẢI


i|Page


TĨM TẮT
Khu Đơng Sài Gịn đặc biệt là Quận 2 hiện tại đang là khu vực rất phát triển của thị
trường bất động sản tại thành phố Hồ Chí Minh cả về hạ tầng giao thông lẫn các khu
dân cư mới. Tuy nhiên theo nhiều kết quả khảo sát địa chất, cấu tạo địa chất khu vực
Quận 2 có lớp bùn sét dày trung bình từ 15-30m. Kết quả quan trắc bằng phương pháp
Piezometer và phương pháp Standpile cho thấy tồn tại áp lực nước đẩy nổi trong đất bùn
sét. Số liệu quan trắc này về cơ bản tương đối phù hợp với kết quả phân tích theo phương
pháp phần tử hữu hạn. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng tính từ thời điểm bắt đầu trả
nước, áp lực nước đẩy nổi sẽ gia tăng theo thời gian, cùng với đó là sự tiêu tán áp lực
nước lỗ rỗng thặng dư. Qúa trình này có sự tương quan đồng biến với nhau. Áp lực nước
đẩy nổi tăng nhanh trong thời gian đầu và có xu hướng tăng chậm lại trong những năm
tiếp theo. Nhìn chung, độ gia tăng này diễn ra nhanh chóng trong 10 năm đầu, đạt 90%.
Trong 10 năm tiếp theo chỉ tăng thêm khoảng 5% và đạt đến áp lực thủy tĩnh sau hơn
50 năm kể từ thời điểm trả nước. Cơng trình có nhiều tầng hầm thì độ gia tăng áp lực
nước đẩy nổi tại cùng một thời điểm sẽ lớn hơn cơng trình có ít tầng hầm hơn. Tuy nhiên,
tốc độ gia tăng này còn phụ thuộc vào phương án tường chắn đất được sử dụng trong
biện pháp thi công tầng hầm. Cụ thể, với cơng trình sử dụng tường cừ larsen (SP) tốc độ
gia tăng sẽ nhanh hơn sử dụng tường vây (DW). Phân tích tác động đẩy nổi đối với sàn
tầng hầm cho thấy áp lực đẩy nổi làm moment căng thớ trên tại nhịp và thớ dưới tại gối.
Khi bỏ qua áp lực đẩy nổi trong thiết kế dễ dẫn đến hiện tượng nứt sàn hầm do ứng suất
kéo xuất hiện mà tại đó khơng được bố trí cốt thép hợp lý để tham gia chịu kéo, nước sẽ
thấm qua các vết nứt gây ngập úng tầng hầm, rỉ sét cốt thép và thậm chí có thể khơng
đảm bảo khả năng chịu lực cho kết cấu. Cơng trình càng có nhiều tầng hầm sâu, giá trị
moment do áp lực đẩy nổi gây ra càng lớn. Độ lớn moment tăng tuyến tính theo số lượng
tầng hầm. Mặt khác, khi nghiên cứu ảnh hưởng của thời tiết đến áp lực nước đẩy nổi đối
với sàn tầng hầm cho kết quả là nội lực mùa mưa lớn hơn mùa khô. Cụ thể sự chệnh
lệch moment giữa mùa mưa với mùa khô khoảng 6.5 lần đối với cơng trình có 2 tầng

hầm, giá trị chênh lệch này là 2 lần đối với cơng trình có 3 tầng hầm, 1.5 lần đối với
cơng trình có 4 tầng hầm và 1.4 lần đối với cơng trình có 5 tầng hầm.

ii | P a g e


ABSTRACT
The East Saigon area, especially District 2, is currently a highly developed area of the
real estate market in Ho Chi Minh City in terms of both transport infrastructure and new
residential areas. However, according to many geotechnical investigations, the
geological structure in District 2 has a thick layer of soft soil on average 15-30m. The
monitoring results using Piezometer and Standpipe method showed that there was
pressure of floating water in soft soil. This observation data is consistent with the results
of the analysis using a finite element method. Research results show that from the start
of water return, the floating water pressure will increase over time, along with the
dissipation of the excess pore pressure. This process is positively correlated with each
other. The pressure of floating water increased rapidly in the beginning and tended to
increase slowly in the following years. Overall, this increase was rapid in the first 10
years, reaching 90%. In the next 10 years only increase by about 5% and reach steadystate pressure after more than 50 years from the time of water return. For buildings with
multiple basements, the increase in buoyancy pressure at the same time will be greater
than that with fewer basements. However, this rate of increase depends on the type of
the retaining wall used in the basement construction method. Specifically, for buildings
using sheet pipes (SP), the rate of increase will be faster than that of using diaphragm
wall (DW). Analysis of the floating effect on the basement floor showed that the
buoyancy pressure made the bending moment is negative (hogging) at span and positive
(sagging) at support. When ignoring the buoyancy forces in the design causes cracking
of the basement due to the tensile stresses appearing where the rebar is not properly
arranged to participate in tensile, the water will seep through the cracks causing flooding
basement flooding, reinforced rust and may not even guarantee structural strength. The
deeper basements there are, the greater the value of moment caused by buoyancy

pressure. The magnitude of the moment increases linearly with the number of basements.
On the other hand, when studying the effect of weather on floating water pressure on
basement floor, the internal force of rainy season is greater than that of dry season.
Specifically, the difference in moment between the rainy season and the dry season is
about 6.5 times for buildings with 2 basements, this difference is 2 times for buildings
with 3 basements, 1.5 times for works with 4 floors basements and 1.4 times for
constructions with 5 basements.

iii | P a g e


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tơi thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.
TS. Lê Bá Vinh và ThS. Hoàng Thế Thao.
Các kết quả trong Luận văn là đúng sự thật và chưa được công bố ở các nghiên cứu
khác.
Tôi xin chịu trách nhiệm về nội dung trình bày trong luận văn của mình.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 08 tháng 12 năm 2019

HỒNG LONG HẢI

iv | P a g e


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU……………………………………………………………………………….1
Chương 1.

TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG ĐẨY NỔI SÀN HẦM ....................4


1. Khái quát về hiện tượng đẩy nổi .................................................................................4
2. Thực trạng vấn đề đẩy nổi hiện nay ............................................................................4
3. Các nghiên cứu về áp lực đẩy nổi................................................................................6
Chương 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP DÙNG TRONG

NGHIÊN CỨU ................................................................................................................9
1. Phương pháp quan trắc bằng đầu đo Piezometer ........................................................9
1.1. Nguyên lý hoạt động ............................................................................................9
1.2. Phương pháp kiểm tra chất lượng đầu đo ...........................................................10
1.3. Bảo hòa đầu đo ...................................................................................................10
1.4. Lắp đặt thiết bị vào giếng khoan ........................................................................10
1.5. Ghi nhận kết quả đo ............................................................................................11
1.6. Tính tốn kết quả ................................................................................................12
2. Phương pháp quan trắc bằng giếng Standpipe ..........................................................13
2.1. Nguyên lý hoạt động ..........................................................................................13
2.2. Biện pháp thi công lắt đặt giếng quan trắc .........................................................13
2.2.1. Thiết bị lắp đặt giếng Standpipe ..................................................................13
2.2.2. Quy trình lắp đặt giếng Standpipe ...............................................................14
2.3. Thiết bị quan trắc cao độ mực nước ngầm .........................................................14
2.4. Tính tốn kết quả ................................................................................................15
3. Phương pháp phần tử hữu hạn ...................................................................................16
3.1. Phương trình cở bản của dòng chảy ...................................................................16
3.1.1. Dòng chảy tạm thời (Transient flow) ..........................................................16
3.1.2. Phương trình liên tục (Continuity equation) ...............................................17
3.2. Rời rạc phần tử hữu hạn (Finite element discretisation) ....................................18
3.3. Mơ hình Van Genuchten ....................................................................................19
3.4. Phương trình cơ bản của cố kết ..........................................................................21
4. Phương pháp theo dõi diễn biến mực nước bằng cảm biến S&DL mini ..................22


v|Page


4.1. Nguyên lý hoạt động ..........................................................................................22
4.1.1. Bộ cảm biến S&DL mini .............................................................................22
4.1.2. Thủy triều - các khái niệm cơ bản ..............................................................25
4.2. Lắp đặt thiết bị ....................................................................................................26
4.3. Ghi nhận kết quả đo ............................................................................................26
4.4. Tính tốn kết quả ................................................................................................27
Chương 3.

XÁC ĐỊNH ÁP LỰC NƯỚC ĐẨY NỔI ĐỐI VỚI SÀN HẦM CHO

CƠNG TRÌNH CỤ THỂ TẠI QUẬN 2, TP.HCM .......................................................28
1. Tổng quan ..................................................................................................................28
2. Địa chất cơng trình ....................................................................................................31
2.1. Mặt bằng bố trí hố khoan....................................................................................31
2.2. Mặt cắt địa chất...................................................................................................31
2.3. Tổng hợp các chỉ tiêu cơ bản và cơ lý ................................................................32
3. Xác định áp lực đẩy nổi bằng phương pháp Piezometer ...........................................34
3.1. Biện pháp thi công lắp đặt ..................................................................................35
3.2. Kế hoạch quan trắc .............................................................................................37
3.3. Kết quả quan trắc ................................................................................................38
3.3.1. Số liệu quan trắc ..........................................................................................38
3.3.2. Mộ số hình ảnh hiện trường ........................................................................41
3.4. Xử lý, tính tốn số liệu .......................................................................................44
4. Xác định áp lực đẩy nổi bằng phương pháp Standpipe .............................................51
4.1. Biện pháp thi công lắp đặt ..................................................................................51
4.2. Kế hoạch quan trắc .............................................................................................53

4.3. Kết quả quan trắc ................................................................................................53
4.3.1. Số liệu quan trắc ..........................................................................................53
4.3.2. Một số hình ảnh hiện trường .......................................................................55
4.4. Xử lý, tính tốn số liệu .......................................................................................56
5. Phân tích, so sánh giữa 02 phương pháp thực nghiệm xác định áp lực nước ...........58
6. Đánh giá tác động của hiện tượng thủy triều trên sơng Sài Gịn đối với áp lực nước
đẩy nổi trong đất bùn sét tại khu vực quan trắc .............................................................60

vi | P a g e


6.1. Biện pháp thi công lắp đặt ..................................................................................61
6.2. Kế hoạch quan trắc .............................................................................................62
6.3. Kết quả quan trắc ................................................................................................62
6.4. So sánh, phân tích kết quả ..................................................................................74
7. Xác định áp lực đẩy nổi bằng phương pháp phần tử hữu hạn ...................................76
7.1. Thông số địa chất sử dụng trong mô phỏng PLAXIS ........................................76
7.2. Mơ hình PLAXIS 3D..........................................................................................76
7.3. Mơ hình PLAXIS 2D..........................................................................................79
8. Kết luận về kết quả của các phương pháp .................................................................88
Chương 4.
PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA ĐẨY NỔI ĐỐI VỚI
SÀN TẦNG HẦM .........................................................................................................90
1. Phân tích, đánh giá độ gia tăng áp lực nước đẩy nổi theo thời gian đối với các cơng
trình có tầng hầm trong đất bùn sét ...............................................................................90
1.1. Tổng quan ...........................................................................................................90
1.2. Phân tích độ gia tăng áp lực nước đẩy nổi theo thời gian ..................................92
1.2.1. Cơng trình có 1 tầng hầm ............................................................................92
1.2.2. Cơng trình có 2 tầng hầm ..........................................................................102
1.2.3. Cơng trình có 3 tầng hầm ..........................................................................104

1.2.4. Cơng trình có 4 tầng hầm ..........................................................................106
1.3. Đánh giá độ gia tăng áp lực nước đẩy nổi theo thời gian .................................108
2. Phân tích, đánh giá tác động của đẩy nổi đối với sàn tầng hầm ..............................110
2.1. Tổng quan .........................................................................................................110
2.2. Phân tích tác động đẩy nổi đến sàn tầng hầm...................................................111
2.2.1. Ơ sàn có nhịp 3m .......................................................................................111
2.2.2. Ơ sàn có nhịp 4m .......................................................................................114
2.2.3. Ơ sàn có nhịp 5m .......................................................................................117
2.2.4. Ơ sàn có nhịp 6m .......................................................................................120
2.2.5. Ô sàn có nhịp 7m .......................................................................................123
2.3. Đánh giá tác động của lực đẩy nổi đến dầm sàn tầng hầm ..............................126

vii | P a g e


3. Phân tích, đánh giá tác động của đẩy nổi đối với sàn hầm giữa mùa khô và mùa mưa
tại khu vực Quận 2.......................................................................................................128
3.1. Tổng quan .........................................................................................................128
3.2. Phân tích tác động của đẩy nổi đối với sàn hầm giữa mùa khô và mùa mưa...132
3.3. Đánh giá tác động của đẩy nổi đối với sàn tầng hầm giữa mùa mưa và mùa khơ
.................................................................................................................................135
4. Đề xuất biện pháp phịng tránh, khắc phục tác động của đẩy nổi ...........................136
4.1. Biện pháp phòng tránh......................................................................................136
4.2. Biện pháp khắc phục ........................................................................................136

viii | P a g e


DANH MỤC HÀNH ẢNH
Hình 1: Hình ảnh một sàn hầm kết cấu bị nứt tốc do đẩy nổi .......................................4

Hình 2: Áp lực đẩy nổi gây nứt sàn hầm và thấm nước ..................................................5
Hình 3: Nước đẩy nổi thốt lên khi khoan xuyên sàn .....................................................5
Hình 4: Áp lực đẩy nổi tác động lên sàn tầng hầm .........................................................6
Hình 5: Áp lực đẩy nổi tác động lên kết cấu ngầm .........................................................6
Hình 6: Nhóm cọc chịu kéo .............................................................................................7
Hình 7: Tỷ lệ áp lực nước lỗ rỗng tích tụ trong các thử nghiệm cắt đơn giản theo chu
kỳ .....................................................................................................................................7
Hình 8: Mơ hình thí nghiệm của Ji-wen Zhang...............................................................8
Hình 9: Áp lực nước lỗ rỗng trong nền đồng nhất ..........................................................8
Hình 10: Áp lực nước lỗ rỗng trong nền nhiều lớp .........................................................8
Hình 11: Đầu đo Geokon GK-4500S ..............................................................................9
Hình 12: Mặt cắt chi tiết cấu tạo đầu đo ........................................................................10
Hình 13: Sơ đồ bố trí đầu đo .........................................................................................11
Hình 14: Dây kết nối Lemo ...........................................................................................12
Hình 15: Đầu đọc GK-404 ............................................................................................12
Hình 16: Thước đo mực nước ngầm Yamayo WL50 ....................................................15
Hình 17: Bản đồ khu vực Quận 2, TP. Hồ Chí Minh ....................................................22
Hình 18: Nguyên lý hoạt động của bộ cảm biến ...........................................................23
Hình 19: Thơng số kỹ thuật của bộ cảm biến ................................................................24
Hình 20: Cảm biến S&DL mini.....................................................................................24
Hình 21: Bộ đầu đọc Optial Reader ..............................................................................26
Hình 22: Phần mềm OYO S&DL mini .........................................................................27
Hình 23: Tồn cảnh cơng trình ......................................................................................28
Hình 24: Mặt bằng tổng thể tầng hầm 2 ........................................................................29
Hình 25: Mặt bằng tổng thể tầng 1 ................................................................................29
Hình 26: Mặt bằng tổng thể tầng mái ............................................................................30
Hình 27: Mặt cắt dự án ..................................................................................................30
Hình 28: Mặt bằng bố trí hỗ khoan ...............................................................................31
Hình 29: Mặt cắt địa chất cơng trình .............................................................................31
Hình 30: Mặt bằng bố trí 04 vị trí quan trắc áp lực nước tại tầng hầm 2 ......................34

Hình 31: Mặt cắt chi tiết giếng quan trắc Piezometer ...................................................35
Hình 32: Một số hình ảnh quan trắc Piezometer tại vị trí 1 ..........................................41
Hình 33: Một số hình ảnh quan trắc Piezometer tại vị trí 2 ..........................................42
Hình 34: Một số hình ảnh quan trắc Piezometer tại vị trí 3 ..........................................43

ix | P a g e


Hình 35: Một số hình ảnh quan trắc Piezometer tại vị trí 5 ..........................................44
Hình 36: Áp lực nước đẩy nổi tại vị trí 1 ......................................................................48
Hình 37: Áp lực nước đẩy nổi tại vị trí 2 ......................................................................49
Hình 38: Áp lực nước đẩy nổi tại vị trí 3 ......................................................................49
Hình 39: Áp lực nước đẩy nổi tại vị trí 5 ......................................................................50
Hình 40: Tổng hợp kết quả quan trắc Piezometer tại 4 vị trí ........................................50
Hình 41: Mặt bằng bố trí giếng Standpipe quan trắc mực nước ngầm .........................51
Hình 42: Phương pháp đo cao hình học từ giữa ............................................................52
Hình 43: Một số hình ảnh quan trắc mực nước ngầm bằng giếng Standpipe ...............55
Hình 44: Cao độ mực nước ngầm theo chu kỳ ..............................................................57
Hình 45: Biểu đồ áp lực nước tại cao độ thí nghiệm của giếng SP2 .............................58
Hình 46: Sơ đồ bố trí 02 phương pháp quan trắc áp lực nước tại hiện trường..............58
Hình 47: Biểu đồ so sánh áp lực nước giữa 02 phương pháp quan trắc........................59
Hình 48: Vị trí quan trắc ................................................................................................60
Hình 49: Vị trí lắp cảm biến S&DL mini ......................................................................60
Hình 50: Lắp cảm biến Barometer ................................................................................61
Hình 51: Lắp cảm biến S&DL mini ..............................................................................61
Hình 52: Đường quá trình mực nước ngầm tại vị trí thí nghiệm ..................................74
Hình 53: Đường q trình mực nước triều tại trạm Phú An .........................................74
Hình 54: Phase 1 ............................................................................................................77
Hình 55: Phase 2 ............................................................................................................77
Hình 56: Mơ hình trong PLAXIS 3D ............................................................................78

Hình 57: Áp lực nước Pactive sau 4 năm cố kết...............................................................78
Hình 58: Áp lực nước Pactive sau 50 năm cố kết.............................................................79
Hình 59: Mặt cắt mơ phỏng ...........................................................................................80
Hình 60: Phase 1 ............................................................................................................80
Hình 61: Phase 2 ............................................................................................................81
Hình 62: Phase 4 ............................................................................................................81
Hình 63: Áp lực nước Pexcess khi đào đất .......................................................................82
Hình 64: Pexcess tại mặt cắt A-A .....................................................................................82
Hình 65: Áp lực nước Pexcess tại thời điểm ban đầu khi trả nước...................................83
Hình 66: Pexcess tại mặt cắt A-A .....................................................................................83
Hình 67: Áp lực nước Pactive tại thời điểm ban đầu khi trả nước ...................................84
Hình 68: Pactive tại mặt cắt A-A ......................................................................................84
Hình 69: Áp lực nước Pactive sau 4 năm cố kết...............................................................85
Hình 70: Mơ phỏng cơng trình trong ETABS ...............................................................86
Hình 71: Tải trọng hồn thiện (kN/m2) .........................................................................86

x|Page


Hình 72: Hoạt tải sử dụng (kN/m2) ...............................................................................87
Hình 73: Áp lực nước đẩy nổi (kN/m2) .........................................................................87
Hình 74: Mặt bằng vị trí STRIP kiểm tra nội lực ..........................................................87
Hình 75: Mơ hình cơng trình 1 tầng hầm trong PLAXIS 2D 2019 ...............................92
Hình 76: Áp lực đẩy nổi (Pactive) sau 3 tháng cố kết ......................................................96
Hình 77: Áp lực đẩy nổi (Pactive) sau 6 tháng cố kết ......................................................96
Hình 78: Áp lực đẩy nổi (Pactive) sau 1 năm cố kết ........................................................97
Hình 79: Áp lực đẩy nổi (Pactive) sau 2 năm cố kết ........................................................97
Hình 80: Áp lực đẩy nổi (Pactive) sau 5 năm cố kết ........................................................98
Hình 81: Áp lực đẩy nổi (Pactive) sau 10 năm cố kết ......................................................98
Hình 82: Áp lực đẩy nổi (Pactive) sau 20 năm cố kết ......................................................99

Hình 83: Áp lực đẩy nổi (Pactive) sau 30 năm cố kết ....................................................100
Hình 84: Áp lực đẩy nổi (Pactive) sau 40 năm cố kết ...................................................100
Hình 85: Áp lực đẩy nổi (Pactive) sau 50 năm cố kết ....................................................101
Hình 86: Sự gia tăng áp lực đẩy nổi và tiêu tán áp lực thặng dư theo thời gian của cơng
trình 1 tầng hầm ...........................................................................................................101
Hình 87: Độ gia tăng áp lực đẩy nổi và độ tiêu tán áp lực thặng dư theo thời gian của
cơng trình 1 hầm ..........................................................................................................102
Hình 88: Mơ hình cơng trình 2 tầng hầm trong PLAXIS 2D 2019 .............................102
Hình 89: Sự gia tăng áp lực đẩy nổi và tiêu tán áp lực thặng dư theo thời gian của cơng
trình 2 tầng hầm ...........................................................................................................103
Hình 90: Độ gia tăng áp lực đẩy nổi và độ tiêu tán áp lực thặng dư theo thời gian của
cơng trình 2 hầm ..........................................................................................................104
Hình 91: Mơ hình cơng trình 3 tầng hầm trong PLAXIS 2D 2019 .............................104
Hình 92: Sự gia tăng áp lực đẩy nổi và tiêu tán áp lực thặng dư theo thời gian của cơng
trình 3 tầng hầm ...........................................................................................................105
Hình 93: Độ gia tăng áp lực đẩy nổi và độ tiêu tán áp lực thặng dư theo thời gian của
cơng trình 3 hầm ..........................................................................................................106
Hình 94: Mơ hình cơng trình 4 tầng hầm trong PLAXIS 2D 2019 .............................106
Hình 95: Sự gia tăng áp lực đẩy nổi và tiêu tán áp lực thặng dư theo thời gian của cơng
trình 4 tầng hầm ...........................................................................................................107
Hình 96: Độ gia tăng áp lực đẩy nổi và độ tiêu tán áp lực thặng dư theo thời gian của
cơng trình 4 hầm ..........................................................................................................108
Hình 97: Độ gia tăng áp lực nước đẩy nổi theo thời gian ...........................................109
Hình 98: Biểu đồ đánh giá mức độ gia tăng áp lực nước đẩy nổi theo thời gian ........109
Hình 99: Biểu đồ so sánh moment sàn khi có xét và khơng xét đẩy nổi (nhịp 3m) ....112
Hình 100: Moment dầm ứng với tổ hợp 1 – không xét đẩy nổi ..................................113

xi | P a g e



Hình 101: Moment dầm ứng với tổ hợp 2 – có xét đẩy nổi ........................................113
Hình 102: Biểu đồ so sánh moment sàn khi có xét và khơng xét đẩy nổi (nhịp 4m) ..115
Hình 103: Moment dầm ứng với tổ hợp 1 – khơng xét đẩy nổi ..................................116
Hình 104: Moment dầm ứng với tổ hợp 2 – có xét đẩy nổi ........................................116
Hình 105: Biểu đồ so sánh moment sàn khi có xét và khơng xét đẩy nổi (nhịp 5m) ..118
Hình 106: Moment dầm ứng với tổ hợp 1 – không xét đẩy nổi ..................................119
Hình 107: Moment dầm ứng với tổ hợp 2 – có xét đẩy nổi ........................................119
Hình 108: Biểu đồ so sánh moment sàn khi có xét và khơng xét đẩy nổi (nhịp 6m) ..121
Hình 109: Moment dầm ứng với tổ hợp 1 – khơng xét đẩy nổi ..................................122
Hình 110: Moment dầm ứng với tổ hợp 2 – có xét đẩy nổi ........................................122
Hình 111: Biểu đồ so sánh moment sàn khi có xét và khơng xét đẩy nổi (nhịp 7m) ..124
Hình 112: Moment dầm ứng với tổ hợp 1 – khơng xét đẩy nổi ..................................125
Hình 113: Moment dầm ứng với tổ hợp 2 – có xét đẩy nổi ........................................125
Hình 114: Biểu đồ thể hiện giá trị moment thớ trên tại nhịp khi xét đẩy nổi .............126
Hình 115: Biểu đồ thể hiện giá trị moment thớ dưới tại gối khi xét đẩy nổi ..............127
Hình 116: Biểu đồ thể hiện chênh lệch độ lớn moment sàn giữa TH2 với TH1 .........127
Hình 117: Cao độ MNN so với MĐTN vào mùa mưa ................................................131
Hình 118: Biểu đồ thể hiện chênh lệch moment giữa mùa mưa và mùa khơ .............135
Hình 119: Hệ thống ống giảm (sử dụng mương thu nước) .........................................137
Hình 120: Hệ thống ống giảm áp (sử dụng ống thoát nước) .......................................137

xii | P a g e


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1: Tóm tắt các trường hợp thí nghiệp đo áp lực nước lỗ rỗng ...............................8
Bảng 2: Thông số kỹ thuật đầu đo ...................................................................................9
Bảng 3: Tổng hợp các chỉ tiêu đất nền ..........................................................................32
Bảng 4: Bảng tổng hợp số liệu quan trắc Piezometer ...................................................38
Bảng 5: Bảng tính tốn kết quả quan trắc áp lực đẩy nổi bằng phương pháp Piezometer

.......................................................................................................................................45
Bảng 6: Bảng tính tốn kết quả quan trắc áp lực đẩy nổi bằng phương pháp Standpipe
.......................................................................................................................................56
Bảng 7: Bảng tổng hợp kết quả quan trắc diễn biến MNN tại vị trí thí nghiệm ...........62
Bảng 8: Bảng tổng hợp kết quả quan trắc diễn biến MNN tại trạm Phú An .................72
Bảng 9: Bảng thống số vật liệu sử dụng trong PLAXIS ...............................................76
Bảng 10: Cao độ trung bình các lớp đất ........................................................................90
Bảng 11: Thông số đầu vào dùng trong mô phỏng .......................................................91
Bảng 12: Bảng tổng hợp kết áp lực nước của cơng trình 1 hầm ...................................92
Bảng 13: Bảng tổng hợp kết quả áp lực nước của cơng trình 2 hầm ..........................103
Bảng 14: Bảng tổng hợp kết quả áp lực nước của cơng trình 3 hầm ..........................105
Bảng 15: Bảng tổng hợp kết quả áp lực nước của cơng trình 4 hầm ..........................107
Bảng 16: Bảng thông số đầu vào dùng trong mô phỏng .............................................110
Bảng 17: Kết quả quan trắc mực nước ngầm từ tháng 2 đến tháng 3 .........................128
Bảng 18: Kết quả quan trắc mực nước ngầm từ tháng 3 đến tháng 4 .........................129
Bảng 19:Bảng thông số đầu vào dùng trong mô phỏng ..............................................132
Bảng 20: Bảng tổng hợp kết quả nội lực giữa mùa mưa và mùa khô .........................135

xiii | P a g e


MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Thực tế quan sát cho thấy, khu Đơng Sài Gịn đặc biệt là Quận 2 hiện tại đang là
khu vực rất phát triển của thị trường bất động sản tại thành phố Hồ Chí Minh cả về hạ
tầng giao thông lẫn các khu dân cư mới. Nơi đây sẽ tạo cơ sở hạ tầng chính cho trung
tâm tài chính quốc tế của thành phố, là một trong những nơi đáng sống nhất của
TP.HCM. Với sự phát triển mạnh mẽ của hạ tầng giao thông và hạ tầng xã hội, Quận 2
đang trở thành tâm điểm của thị trường nhà ở với hàng loạt dự án mới ồ ạt ra mắt và mở
bán.

Tuy nhiên theo nhiều kết quả khảo sát địa chất, cấu tạo địa chất khu vực Quận 2
có lớp bùn sét dày trung bình từ 15-30m. Quan điểm thiết kế kết cấu hiện nay đối với
các dự án có tầng hầm được xây dựng trong những vùng đất bùn sét, chia làm 2 hướng:
▪ Một là xem cao độ mực nước ngầm nằm bên dưới lớp đất bùn sét, tức bỏ qua
tác động của áp lực nước đẩy nổi lên sàn hầm. Quan điểm này khá phổ biến nên
đã gây ra thiếu an toàn trong thiết kế, dẫn đến thực tế đã xảy ra các sự cố nứt
sàn hầm do đẩy nổi tại nhiều cơng trình.
▪ Hai là xem cao độ mực nước ngầm nằm ngay tại mặt đất, tức kể đến ảnh hưởng
của áp lực đẩy nổi lên sàn hầm. Quan điểm này quá thiên về an toàn trong thiết
kế, dẫn đến chi phí xây dựng tăng, gây phí phạm.
Do đó, vấn đề đặt ra là cần tìm phương pháp xác định áp lực đẩy nổi trong đất bùn
sét khi thiết kế sàn hầm, bên cạnh đó phân tích những tác động cụ thể của áp lực đẩy nổi
đối với kết cấu sàn hầm, đảm bảo các yêu cầu thiết kế nhưng khơng q lãng phí. Đó
chính là lý do hình thành đề tài: “Phân tích và đánh giá tác động của đẩy nổi đối với
sàn tầng hầm”.
Mục tiêu nghiên cứu
1. Nghiên cứu áp lực nước đẩy nổi trong đất bùn sét tại khu vực Quận 2, TP.HCM
bằng: phương pháp thực nghiệm (phương pháp quan trắc bằng đầu đo
Piezometer, phương pháp quan trắc mực nước ngầm bằng giếng Standpipe) và
phương pháp phần tử hữu hạn (sử dụng phần mềm PLAXIS).

1|Page


2. Tiến hành so sánh kết quả quan trắc áp lực nước đẩy nổi giữa các phương pháp
thực nghiệm với nhau và giữa thực nghiệm với phương pháp phần tử hữu hạn.
3. Đánh giá tác động của hiện tượng thủy triều trên sơng Sài Gịn đối với áp lực
nước đẩy nổi trong đất bùn sét tại khu vực quan trắc.
4. Tiến hành mô phỏng trong PLAXIS 2D cho các trường hợp 01, 02, 03, 04 và
05 hầm để đưa ra đánh giá độ gia tăng áp lực nước đẩy nổi theo thời gian và

tác động của đẩy nổi đối với các cơng trình có tầng hầm sâu.
5. So sánh chênh lệch nội lực trong sàn hầm khi có xét và không xét đến đẩy nổi,
giữa mùa mưa và mùa khô, từ đó kiến nghị các giải pháp phịng tránh hoặc
khắc phục.
Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện mục tiêu 1 và 2, tác giả thực hiện:
▪ Phương pháp thực nghiệm:
− Phương pháp quan trắc bằng đầu đo Piezometer (gọi tắt là phương pháp
Piezometer) sử dụng cảm biến GK 4500S loại tiêu chuẩn của hãng Geokon –
USA để quan trắc áp lực nước lỗ rỗng.
− Phương pháp quan trắc bằng giếng Standpipe (gọi tắt là phương pháp
Standpipe) sử dụng thước đo Yamayo WL50 – Japan nhằm xác định cao độ
mực nước ngầm tự nhiên trong lớp đất bùn sét để từ đó tính tốn áp lực đẩy
nổi thơng qua chênh lệch cột áp nước gây ra thế năng thủy tĩnh.
▪ Phương pháp phần từ hữu hạn: sử dụng phần mềm PLAXIS để mơ phỏng hệ
cơng trình phần ngầm - nền đất, tiến hành chạy bài toán cố kết để xác định áp
lực nước lỗ rỗng ở từng thời điểm. PLAXIS sử dụng lý thuyết “groundwater
flow” làm nền tảng cho các công thức phần tử hữu hạn (finite element
formulation) liên quan đến dòng chảy của nước trong đất.
Để thực hiện mục tiêu 3, tác giả sử dụng cảm biến S&DL mini MODEL-4800 của
hãng OYO – Japan để theo dõi liên tục sự biến thiên mực nước ngầm theo thời gian, đặc
biệt là trong thời điểm có triều cường.

2|Page


Để thực hiện mục tiêu 4 và 5, tác giả sử dụng phần mềm PLAXIS 2D với giả thiết
địa chất không thay đổi như mô phỏng ban đầu, chỉ tăng số lượng tầm hầm để phân tích
và đánh giá.
Ý nghĩa khoa học của đề tài

Đề tài “Phân tích và đánh giá tác động của đẩy nổi đối với sàn tầng hầm” nhằm
đưa ra phương pháp hợp lý để xác định giá trị áp lực đẩy nổi trong đất bùn sét, phân tích
tác động của đẩy nổi đối với nội lực trong sàn hầm, đánh giá tác hại của đẩy nổi nếu
khơng được khai báo khi thiết kế, từ đó cung cấp số liệu, thông tin đáng tin cậy về tác
động của đẩy nổi phục vụ cho công tác thiết kế kết cấu sàn tầng hầm một cách an toàn
và tiết kiệm.
Từ việc so sánh kết quả quan trắc áp lực đẩy nổi với phương pháp phần tử hữu
hạn, đưa ra được phương thức mơ phỏng hợp lý cho bài tốn cố kết.
Phạm vi nghiên cứu
Áp dụng cho các cơng trình xây dựng có tầng hầm trong đất nền là loại bùn sét,
đồng nhất mang tính đặc trưng ở khu vực Quận 2, TP. Hồ Chí Minh.

3|Page


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG ĐẨY NỔI
SÀN HẦM
1. Khái quát về hiện tượng đẩy nổi
Trường hợp lớp trên là đất dính khơng thấm nước, lớp dưới có một tầng chứa nước
có áp hoặc tầng chứa nước khơng phải là nước có áp, do q trình thi cơng hầm hình
thành chênh lệch cột nước trong và ngồi tường hầm, dẫn đến hình thành áp lực đẩy nổi.
2. Thực trạng vấn đề đẩy nổi hiện nay
Hiện nay, tại nhiều dự án có tầng hầm xây dựng trên vùng đất bùn sét, hiện tượng
đẩy nổi làm nứt sàn hầm xẩy ra khá phổ biến. Nguyên nhân ban đầu có thể xét đến là do
q trình thiết kết kết cấu khơng khai báo tải trọng áp lực nước lỗ rỗng trong đất bùn sét
gây ra đẩy nổi cho sàn hầm.

Hình 1: Hình ảnh một sàn hầm kết cấu bị nứt toác do đẩy nổi

4|Page



Hình 2: Áp lực đẩy nổi gây nứt sàn hầm và thấm nước

Hình 3: Nước đẩy nổi thốt lên khi khoan xuyên sàn

5|Page


3. Các nghiên cứu về áp lực đẩy nổi
I. H. Wong (2001) đã đưa ra các phương pháp chống lại lực đẩy nổi cho kết cấu
ngầm. Lực đẩy nổi được xác định theo biểu thức: U = wzB. Trong đó:
▪ w: Trọng lượng riêng của nước
▪ z: Chiều cao cột nước
▪ B: bề rộng của kết cấu

Hình 4: Áp lực đẩy nổi tác động lên sàn tầng hầm

Hình 5: Áp lực đẩy nổi tác động lên kết cấu ngầm

6|Page


I. H. Wong đã đưa ra phương án sử dụng cọc chịu kéo (tension piles) để chống lại
lực đẩy nổi. Loại cọc thông thường được sử dụng là cọc ống thép nhồi bê tông
(micropiles), các cọc này cần phải được sơn phủ epoxy hoặc mạ kẽm nhúng nóng.

Hình 6: Nhóm cọc chịu kéo

H. B. Seed, I. M. Idriss, and I. Arango (1983) đã nghiên cứu về tác động của hóa

lỏng đến lực nước lỗ rỗng trong đất cát. Theo đó, áp lực nước lỗ rỗng gia tăng đột ngột
khi xảy ra hiện tượng hóa lỏng trong đất cát.

Hình 7: Tỷ lệ áp lực nước lỗ rỗng tích tụ trong các thử nghiệm cắt đơn giản theo chu kỳ

Ji-wen Zhang et al (2019) đã đưa ra mơ hình thí nghiệm khảo sát lực đẩy nổi tác
động lên kết cấu ngầm trong nền đất đồng nhất và nền đất nhiều lớp.

7|Page


Hình 8: Mơ hình thí nghiệm của Ji-wen Zhang
Bảng 1: Tóm tắt các trường hợp thí nghiệp đo áp lực nước lỗ rỗng

Kết quả nghiên cứu cho thấy lực đẩy nổi tác động lên kết cấu ngầm khi có dịng
chảy (sự thấm) lớn hơn trường hợp nước tĩnh.

Hình 9: Áp lực nước lỗ rỗng trong nền đồng

Hình 10: Áp lực nước lỗ rỗng trong nền

nhất

nhiều lớp

8|Page