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

VÕ VĂN BÁCH

PHÂN TÍCH ỨNG XỬ GIỮA ĐẤT VÀ TƯỜNG VÂY
HỐ ĐÀO SÂU TRONG ĐẤT SÉT YẾU BÃO HÒA NƯỚC

Chuyên ngành : Địa kỹ thuật xây dựng
Mã số

: 60.58.60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2014


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Minh Tâm

Cán bộ chấm nhận xét 1: ------------------------------------------------

Cán bộ chấm nhận xét 2: -----------------------------------------------Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.
HCM ngày.........tháng.........năm.........
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. ------------------------------------------------------------2. ------------------------------------------------------------3. ------------------------------------------------------------4. ------------------------------------------------------------5. ------------------------------------------------------------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

KHOA QL CHUYÊN NGÀNH


-iĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
-------------------Tp. HCM, ngày 20 tháng 06 năm 2014

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên

: VÕ VĂN BÁCH

Ngày, tháng, năm sinh : 27/01/1986
Chuyên ngành

: Địa kỹ thuật xây dựng

MSHV : 12090348
Nơi sinh : Quảng Ngãi
Mã số

: 60.58.60


1. TÊN ĐỀ TÀI:
PHÂN TÍCH ỨNG XỬ GIỮA ĐẤT VÀ TƯỜNG VÂY HỐ ĐÀO SÂU TRONG ĐẤT
SÉT YẾU BÃO HÒA NƯỚC
2. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Chương 1: Mở đầu
Chương 2: Tổng quan về hố đào sâu
Chương 3: Cơ sở lý thuyết tính tốn chuyển vị ngang của tường vây hố đào sâu trong đất
sét yếu bão hòa nước.
Chương 4: Phân tích cơng trình thực tế
Chương 5: Phân tích ảnh hưởng của các thông số cơ bản trong phương pháp EMSD và mơ
hình Hardening Soil đến chuyển vị ngang của tường vây
Chương 6: Kết luận và kiến nghị
3. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/01/2014
4. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/06/2014
5. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN MINH TÂM
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thơng qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MƠN

KHOA QL CHUN NGÀNH

QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)

TS. NGUYỄN MINH TÂM

(Họ tên và chữ ký)


PGS.TS. VÕ PHÁN

(Họ tên và chữ ký)


-ii-

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Minh Tâm đã tận tình hướng
dẫn giúp tơi hoàn thành luận văn này. Thầy đã đưa ra những ý kiến, nhận xét quý
báu giúp tôi giải quyết các vấn đề khó khăn trong q trình thực hiện luận văn.
Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến tất cả các thầy cơ trong Bộ mơn Địa cơ
nền móng đã giảng dạy và chỉ bảo tận tình trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Cảm ơn tất cả các bạn bè lớp cao học Địa kỹ thuật xây dựng khóa 2012 đã giúp
đỡ tơi trong thời gian qua. Tơi xin chân thành cảm ơn anh Dương Thái Phan đã giúp
đỡ tơi những tài liệu cần thiết để hồn thành luận văn này.
Cảm ơn các lãnh đạo và đồng nghiệp Phịng Thiết kế Cơng ty TNHH tư vấn xây
dựng Sino - Pacific đã tạo điều kiện về thời gian để tơi hồn thành khóa học.
Cảm ơn tất cả những người thân trong gia đình, ba, má và em gái đã hỗ trợ và
động viên tôi trong suốt thời gian học tập.


-iiiTÓM TẮT LUẬN VĂN
Phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng (EMSD), do Lam và Bolton
(2011) đề xuất, dựa trên cơ chế biến dạng dẻo để dự đoán chuyển vị của đất nền
xung quanh hố đào có nhiều tầng chống trong đất sét mềm khơng thốt nước.
Phương pháp EMSD cho thấy tính đơn giản và hiệu quả khi ứng dụng phân tích
một cơng trình thực tế trong điều kiện địa chất có lớp bùn sét yếu dày gần bề mặt ở
quận 7, thành phố Hồ Chí Minh. Kết quả tính tốn từ phương pháp EMSD phù hợp
tốt với số liệu quan trắc hiện trường và phân tích phần tử hữu hạn sử dụng mơ hình

Hardening Soil.
Ảnh hưởng của các thông số cơ bản trong phương pháp EMSD và các thông số
đại diện của lớp bùn sét trong mô hình Hardening soil đến kết quả tính tốn chuyển
vị ngang của tường vây được phân tích bằng cách thay đổi giá trị của các thông số
này.


-iv-

ABSTRACT

Extended mobilizable strength design (EMSD) method proposed by Lam and
Bolton (2011), relying on plastic deformation mechanisms to predict ground
displacements around multipropped excavation in soft clay with undrained
condition.

EMSD method proves that simple and effective characteristic when applying to
reality project with a thick layer of soft clay near ground surface at District 7, Ho
Chi Minh city. Result from EMSD calculation quite conformity with site
observational data and finite element analyses used Hardening soil model.

Effecting of basic parameters of EMSD method and representative parameters of
soft clay in Hardening soil model to calculation horizontal displacement of
diaphragm wall result also analysis by changing value of these parameters.


-v-

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU ...............................................................................................1

1.1. Vấn đề thực tiễn và tính cấp thiết của đề tài ........................................................1
1.2. Mục tiêu nghiên cứu.............................................................................................2
1.3. Phương pháp nghiên cứu......................................................................................2
1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .............................................................3
1.5. Phạm vi giới hạn của đề tài ..................................................................................3
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU ........................................................4
2.1. Quan sát thực nghiệm...........................................................................................4
2.1.1. Phương pháp của Peck ......................................................................................4
2.1.2. Mana và Clough ................................................................................................6
2.1.3. Phương pháp của Bowles ..................................................................................7
2.1.4. Phương pháp của Clough và cộng sự ................................................................8
2.1.5. Quan sát của Hsieh và Ou trên hình dạng của độ lún bề mặt đất nền ...............9
2.1.6. Dữ liệu của Long .............................................................................................10
2.1.7. Dữ liệu của Moormann ...................................................................................10
2.2. Nghiên cứu số.....................................................................................................12
2.2.1. Ảnh hưởng của kết cấu chống .........................................................................13
2.2.2. Ảnh hưởng của hình dạng đào ........................................................................14
2.3. Cường độ thiết kế huy động ...............................................................................16
CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN CHUYỂN VỊ NGANG CỦA
TƯỜNG VÂY HỐ ĐÀO SÂU TRONG ĐẤT SÉT YẾU BÃO HÒA NƯỚC ........19
3.1. Chuyển vị ngang của tường chắn .......................................................................19
3.2. Biến dạng của tường trong giai đoạn đào có giằng chống .................................20
3.3. Phương pháp cường độ thiết kế huy động (MSD) .............................................20
3.4. Phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng (EMSD) ............................23
3.5. Phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng mơ hình Hardening soil .......................28
3.5.1. Quan hệ hyperbol trong thí nghiệm nén ba trục thốt nước tiêu chuẩn ..........29
3.5.2. Xấp xỉ hyperbol theo mơ hình Hardeing Soil .................................................30
3.5.3. Biến dạng thể tích dẻo cho trạng thái ứng suất ba trục ...................................32



-vi-

3.5.4. Các thơng số của mơ hình Hardening Soil ......................................................34
ref
3.5.4.1. Modun độ cứng E50ref , Eoed
, Eurref và hệ số mũ m .........................................34

3.5.4.2. Ngưỡng giãn nở............................................................................................35
3.5.4.3. Nắp mặt dẻo trong mơ hình Hardening Soil ................................................36
CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH CƠNG TRÌNH THỰC TẾ............................................40
4.1. Giới thiệu cơng trình ..........................................................................................40
4.2. Điều kiện địa chất...............................................................................................40
4.3. Thiết bị quan trắc hiện trường ............................................................................42
4.4. Trình tự thi cơng tầng hầm .................................................................................42
4.5. Tính tốn chuyển vị ngang của tường vây theo phương pháp cường độ thiết kế
huy động mở rộng .....................................................................................................44
4.5.1. Sức chống cắt khơng thốt nước theo độ sâu ..................................................44
4.5.2. Tỷ số giữa sức chống cắt khơng thốt nước theo độ sâu và ứng suất hữu hiệu
theo phương đứng .....................................................................................................45
4.5.3. Quan hệ ứng suất tiếp và biến dạng cắt từ thí nghiệm cắt trực tiếp cố kết
khơng thốt nước theo sơ đồ CU...............................................................................45
4.5.4. Tính tốn chuyển vị ngang của tường trong mỗi giai đoạn đào .....................46
4.5.5. Chuyển vị ngang của tường vây trong giai đoạn 1 .........................................47
4.5.6. Chuyển vị ngang của tường vây trong giai đoạn 2 .........................................48
4.5.7. Chuyển vị ngang của tường vây trong giai đoạn 3 .........................................51
4.6. Tính tốn chuyển vị ngang của tường vây theo phương pháp phần tử hữu hạn
sử dụng mô hình Hardening Soil trong Plaxis ..........................................................54
4.6.1. Mơ phỏng các phần tử kết cấu ........................................................................54
4.6.1.1. Các thông số cơ bản của tường vây .............................................................54
4.6.1.2. Các thông số của sàn tầng trệt, tầng hầm 1 và tầng hầm 2 ..........................55

4.6.2. Mô phỏng các lớp đất ......................................................................................55
4.6.2.1. Các thông số cơ bản của lớp A ....................................................................55
4.6.2.2. Các thông số cơ bản của lớp 1 .....................................................................55
4.6.2.3. Các thông số cơ bản của lớp 2A ..................................................................56
4.6.2.4. Các thông số cơ bản của lớp 2B ...................................................................57


-vii4.6.2.5. Các thông số cơ bản của lớp 3 .....................................................................58
4.6.3. Kết quả tính tốn chuyển vị ngang của tường vây theo mơ hình Hardening
soil .............................................................................................................................60
4.7. Phân tích kết quả tính tốn từ phương pháp EMSD và mơ hình Hardening Soil
...................................................................................................................................62
CHƯƠNG 5 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN
TRONG PHƯƠNG PHÁP EMSD VÀ MƠ HÌNH HARDENING SOIL ĐẾN
CHUYỂN VỊ NGANG CỦA TƯỜNG VÂY ..........................................................67
5.1. Phân tích ảnh hưởng của sức chống cắt khơng thốt nước cu trong phương pháp
EMSD ........................................................................................................................67
5.2. Phân tích ảnh hưởng của chiều dài tường vây trong phương pháp EMSD........71
ref
5.3. Phân tích ảnh hưởng do độ cứng tiếp tuyến từ thí nghiệm nén cố kết Eoed
và độ

cứng cát tuyến E50ref của lớp bùn sét trong mơ hình Hardening soil .........................75
5.4. Phân tích ảnh hưởng do độ cứng dở tải - đặt tải Eurref của lớp bùn sét trong mơ
hình Hardening soil ...................................................................................................79
5.5. Phân tích ảnh hưởng do các thông số cường độ hữu hiệu c ref và  của lớp bùn
sét trong mơ hình Hardening soil ..............................................................................83
CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................88
6.1. Kết luận ..............................................................................................................88
6.2. Kiến nghị ............................................................................................................89

PHỤ LỤC ..................................................................................................................90
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................102


-viiiDANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 2.1. Tổng kết độ lún gần khu vực đào mở trong các loại đất khác nhau như
một hàm của khoảng cách từ cạnh hố đào. .................................................................4
Hình 2.2. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến được đề xuất bởi Tezaghi và Peck (1967) cho
tính tốn tải thanh chống trong đào mở. .....................................................................5
Hình 2.3. Hình dạng hố đào và thông số cường độ đất cho hệ số an tồn ..................6
Hình 2.4. Phân tích định nghĩa quan hệ giữa hệ số an toàn chống lại đẩy trồi đáy và
chuyển vị ngang lớn nhất không thứ nguyên (theo Mana và Clough, 1981) ..............7
Hình 2.5. Chuyển vị ngang của tường như phần trăm của chiều sâu đào đối với độ
cứng hệ chống (theo Clough và cộng sự 1989)...........................................................9
Hình 2.6. Định nghĩa các ký hiệu theo Moormann (2004) .......................................11
Hình 2.7. Sự thay đổi của chuyển vị ngang lớn nhất với chiều sâu đào theo
Moormann (2004) .....................................................................................................12
Hình 2.8. Sự thay đổi của chuyển vị ngang lớn nhất được chuẩn hóa với độ cứng hệ
chống theo Moormann (2004) (với ký hiệu theo hình 2.6) .......................................12
Hình 3.1. Cơ chế biến dạng dẻo cho tường chắn trong điều kiện khơng thốt nước.
...................................................................................................................................19
Hình 3.2. Ảnh hưởng của bậc chuyển vị tường chắn lên hệ thống chuyển vị (phỏng
theo từ Clough và cộng sự 1989) ..............................................................................19
Hình 3.3. Gia tăng chuyển vị trong hố đào có giằng chống (theo O’Rourke 1993). 20
Hình 3.4. Cơ chế biến dạng dẻo cho hố đào có giằng chống trong đất sét. ..............21
Hình 3.5. Hướng của ứng suất chính chính phù hợp với cơ chế biến dạng dẻo. ......23
Hình 3.6. Các phạm vi gia tăng chuyển vị: (a) phạm vi gia tăng chuyển vị cho hố
đào rộng, (b) phạm vi gia tăng chuyển vị cho hố đào hẹp, (c) phạm vi gia tăng
chuyển vị cho hố đào hẹp vùng FEHI. ......................................................................25
Hình 3.7. Tương quan giữa biến dạng cắt trung bình được chuẩn hóa và hình dạng

hố đào cho hố đào hẹp. ..............................................................................................26
Hình 3.8. Vùng chồng lên nhau của phạm vi biến dạng ...........................................27
Hình 3.9. Quan hệ ứng suất - biến dạng hyperbol trong gia tải ban đầu cho một thí
nghiệm ba trục thoát nước tiêu chuẩn .......................................................................29


-ixHình 3.10. Quỹ tích dẻo liên tục cho một số hằng số thay đổi của thơng số cứng 

p

...................................................................................................................................32
ref
Hình 3.11. Định nghĩa của Eoed
trong kết quả thí nghiệm nén cố kết ......................35

Hình 3.12. Đường cong biến dạng cho một thí nghiệm ba trục thốt nước tiêu chuẩn
khi bao gồm góc giản nở. ..........................................................................................36
Hình 3.13. Mặt dẻo của mơ hình Hardening soil trong mặt phẳng p  q~ . Vùng đàn
hồi có thể giảm nhiều hơn bởi giá trị của góc giản nở. .............................................38
Hình 3.14. Biểu diễn tất cả biên dẻo của mơ hình Hardening soil trong khơng gian
ứng suất chính cho đất rời .........................................................................................39
Hình 4.1. Mặt bằng tường vây và vị trí các điểm quan trắc chuyển vị ngang ..........40
Hình 4.2. Mặt cắt địa chất cơng trình ........................................................................42
Hình 4.3. Trình tự thi cơng đào đất tầng hầm ...........................................................43
Hình 4.4. Đồ thị sức chống cắt khơng thốt nước theo độ sâu .................................44
Hình 4.5. Đồ thị biến dạng cắt từ thí nghiệm cắt trực tiếp theo sơ đồ CU ...............46
Hình 4.6. Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu theo phương pháp
EMSD trong giai đoạn 1. ..........................................................................................48
Hình 4.7. Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu theo phương pháp
EMSD trong giai đoạn 2. ..........................................................................................51

Hình 4.8. Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu theo phương pháp
EMSD trong giai đoạn 3. ..........................................................................................54
Hình 4.9. Lưới phần tử hữu hạn của hố đào trong mơ hình Hardening Soil ............59
Hình 4.10. Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu tính từ mơ hình
Hardening soil trong giai đoạn 1 ...............................................................................60
Hình 4.11. Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu tính từ mơ hình
Hardening soil trong giai đoạn 2 ...............................................................................61
Hình 4.12. Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu tính từ mơ hình
Hardening soil trong giai đoạn 3 ...............................................................................62


-xHình 4.13. Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu trong giai đoạn 1
từ kết quả quan trắc (INC), phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng
(EMSD) và mơ hình Hardening soil (HSM) .............................................................63
Hình 4.14. Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu trong giai đoạn 2
từ kết quả quan trắc (INC), phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng
(EMSD) và mơ hình Hardening soil (HSM) .............................................................64
Hình 4.15. Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu trong giai đoạn 3
từ kết quả quan trắc (INC), phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng
(EMSD) và mô hình Hardening soil (HSM) .............................................................65
Hình 5.1. Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu trong giai đoạn 1 từ
kết quả quan trắc (INC), phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng
(EMSD), trường hợp 1 (TH1) và trường hợp 2 (TH2) .............................................68
Hình 5.2. Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu trong giai đoạn 2 từ
kết quả quan trắc (INC), phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng
(EMSD), trường hợp 1 (TH1) và trường hợp 2 (TH2) .............................................69
Hình 5.3. Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu trong giai đoạn 3 từ
kết quả quan trắc (INC), phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng
(EMSD), trường hợp 1 (TH1) và trường hợp 2 (TH2) .............................................70
Hình 5.4. Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu trong giai đoạn 1 từ

kết quả quan trắc (INC), phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng
(EMSD), trường hợp 3 (TH3) và trường hợp 4 (TH4) .............................................72
Hình 5.5. Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu trong giai đoạn 2 từ
kết quả quan trắc (INC), phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng
(EMSD), trường hợp 3 (TH3) và trường hợp 4 (TH4) .............................................73
Hình 5.6. Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu trong giai đoạn 3 từ
kết quả quan trắc (INC), phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng
(EMSD), trường hợp 3 (TH3) và trường hợp 4 (TH4) .............................................74
Hình 5.7. Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu trong giai đoạn 1 từ
kết quả quan trắc (INC), mơ hình Hardening soil (HSM), trường hợp 5 (TH5) và
trường hợp 6 (TH6) ...................................................................................................76


-xiHình 5.8. Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu trong giai đoạn 2 từ
kết quả quan trắc (INC), mơ hình Hardening soil (HSM), trường hợp 5 (TH5) và
trường hợp 6 (TH6) ...................................................................................................77
Hình 5.9. Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu trong giai đoạn 3 từ
kết quả quan trắc (INC), mơ hình Hardening soil (HSM), trường hợp 5 (TH5) và
trường hợp 6 (TH6) ...................................................................................................78
Hình 5.10. Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu trong giai đoạn 1
từ kết quả quan trắc (INC), mơ hình Hardening soil (HSM), trường hợp 7 (TH7) và
trường hợp 8 (TH8) ...................................................................................................80
Hình 5.11. Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu trong giai đoạn 2
từ kết quả quan trắc (INC), mơ hình Hardening soil (HSM), trường hợp 7 (TH7) và
trường hợp 8 (TH8) ...................................................................................................81
Hình 5.12. Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu trong giai đoạn 3
từ kết quả quan trắc (INC), mơ hình Hardening soil (HSM), trường hợp 7 (TH7) và
trường hợp 8 (TH8) ...................................................................................................82
Hình 5.13. Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu trong giai đoạn 1
từ kết quả quan trắc (INC), mơ hình Hardening soil (HSM), trường hợp 9 (TH9) và

trường hợp 10 (TH10) ...............................................................................................84
Hình 5.14. Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu trong giai đoạn 2
từ kết quả quan trắc (INC), mơ hình Hardening soil (HSM), trường hợp 9 (TH9) và
trường hợp 10 (TH10) ...............................................................................................85
Hình 5.15. Đồ thị chuyển vị ngang của tường vây theo chiều sâu trong giai đoạn 3
từ kết quả quan trắc (INC), mơ hình Hardening soil (HSM), trường hợp 9 (TH9) và
trường hợp 10 (TH10) ...............................................................................................86


-xii-

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 4.1. Kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường..................................................44
Bảng 4.2. Tỉ số cu /  vo theo độ sâu...........................................................................45
Bảng 4.3. Thông số các lớp đất trong mơ hình Hardening Soil ................................59
Bảng 5.1. So sánh chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây khi thay đổi cu ...........71
Bảng 5.2. So sánh chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây khi thay đổi chiều dài
tường vây...................................................................................................................74
ref
Bảng 5.3. So sánh chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây khi thay đổi Eoed
và
ref
............................................................................................................................79
E50

Bảng 5.4. So sánh chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây khi thay đổi Eurref ........83
Bảng 5.5. So sánh chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây khi thay đổi c ref và  87


-1CHƯƠNG 1

MỞ ĐẦU
1.1. Vấn đề thực tiễn và tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay không gian ngầm thường được khai thác triệt để nhằm tận dụng diện
tích đất đắt đỏ ở các thành phố phát triển như thành phố Hồ Chí Minh. Khơng gian
ngầm thường được sử dụng vào các mục đích như tầng hầm kỹ thuật và dịch vụ của
các nhà cao tầng, bãi đậu xe ngầm, hệ thống giao thông ngầm, hệ thống xử lý nước
thải,... Hệ thống tường chắn có giằng chống là biện pháp thường được sử dụng khi
thi công tầng hầm. Do những ứng xử phức tạp của đất trong quá trình đào đất thi
cơng tầng hầm nên việc phân tích, tính tốn biện pháp thi công cần được thực hiện
cẩn thận và đầy đủ, nhất là khi thi công hố đào sâu trong những vùng có lớp sét yếu
dày gần bề mặt như quận 2, quận 7, quận 9, quận Bình Thạnh... thành phố Hồ Chí
Minh.
Cùng với sự gia tăng sử dụng các phần mềm phần tử hữu hạn trong thiết kế hố
đào sâu, cần có một phương pháp giải tích đơn giản để kiểm tra kết quả từ phần
mềm, tránh xảy ra sự cố nghiêm trọng như sập hố đào cơng trình Nicoll Highway ở
Singapore (Shirlow, 2005). Theo báo cáo của ủy ban điều tra, sự sai sót trong phần
mềm phần tử hữu hạn là một phần lý do chính gây ra sự cố. Chính vì lý do đó, việc
nghiên cứu ứng xử giữa đất và tường hố đào sâu trong đất sét yếu bão hòa nước là
nhu cầu cấp thiết và có ý nghĩa thực tiễn.
Osman và Bolton (2006) đã giới thiệu phương pháp cường độ thiết kế huy động
(MSD) để tính tốn chuyển vị tường vây và biến dạng của đất nền khi thi công hố
đào sâu trong đất sét mềm khơng thốt nước với các bước tính tốn đơn giản. Giải
pháp MSD cho kết quả phù hợp với các mơ phỏng số sử dụng mơ hình phi tuyến
thực MIT-E3 và các kết quả quan trắc tại hiện trường. Tuy nhiên, giải pháp này vẫn
còn một số hạn chế trong ứng dụng. Những hạn chế của phương pháp MSD đã được
khắc phục trong phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng (EMSD) do
Lam và Bolton (2011) đề xuất.
Phương pháp phần tử hữu hạn là giải pháp được sử dụng rộng rãi trong phân tích
hố đào sâu nhờ ưu điểm có thể mơ phỏng các ứng xử phức tạp của đất nền trong quá



-2trình đào. Hai mơ hình phổ biến thường sử dụng cho phân tích hố đào sâu là Mohr Coulomb và Hardening Soil.
Mơ hình đàn hồi - dẻo lý tưởng Mohr - Coulomb có ưu điểm là các thơng số đầu
vào đơn giản có thể xác định từ các thí nghiệm phổ biến. Bên cạnh đó, mơ hình
Mohr - Coulomb cũng có một số nhược điểm như khơng mơ phỏng được các quan
hệ phi tuyến của đất trước khi phá hoại, không thể tạo ra áp lực nước lỗ rỗng đáng
tin cậy trong q trình đào khơng thốt nước, kết quả tính tốn chuyển vị của tường
và độ lún bề mặt của đất nền thường có sai số khá lớn so với số liệu quan trắc.
Mơ hình đàn hồi - dẻo phi tuyến Hardening Soil có thể khắc phục được những
nhược điểm nêu trên của mơ hình Mohr - Coulomb nên đảm bảo được tính tin cậy
và độ chính xác trong phân tích. Kết quả tính tốn từ mơ phỏng số sử dụng mơ hình
Hardening Soil sẽ được sử dụng để xác nhận độ tin cậy của phương pháp cường độ
thiết kế huy động mở rộng EMSD.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
Luận văn này tập trung vào việc phân tích, đánh giá hiệu quả của phương pháp
cường độ thiết kế huy động mở rộng khi phân tích chuyển vị ngang của tường vây
hố đào sâu trong đất sét yếu bão hòa nước cho một cơng trình ở khu vực quận 7,
thành phố Hồ Chí Minh.
Chuyển vị ngang của tường vây cịn được tính tốn bằng phương pháp phần tử
hữu hạn sử dụng mơ hình Hardening Soil để so sánh, đánh giá hiệu quả của phương
pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng.
Ảnh hưởng của các thông số cơ bản trong phương pháp EMSD và các thông số
đại diện của lớp bùn sét trong mơ hình Hardening soil đến kết quả tính tốn chuyển
vị ngang của tường vây được phân tích bằng cách thay đổi giá trị của các thông số
này.
1.3. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết cường độ huy động trong đất sét mềm khơng thốt nước khi
thi cơng hố đào sâu có giằng chống.
Tính tốn chuyển vị ngang của tường vây trong từng giai đoạn thi công đào đất
tầng hầm trên cơ sở phương pháp cường độ thiết kế huy động mở rộng và phương



-3pháp phần tử hữu hạn theo mơ hình Hardening Soil. So sánh kết quả từ hai phương
pháp này với số liệu quan trắc hiện trường để đánh giá hiệu quả của mỗi phương
pháp.
Thay đổi giá trị các thông số sức chống cắt khơng thốt nước cu , chiều dài tường
vây L để phân tích ảnh hường của các thơng số này trong phương pháp EMSD.
ref
Thay đổi giá trị các thông số độ cứng tiếp tuyến từ thí nghiệm nén cố kết Eoed
, độ

cứng cát tuyến E50ref , độ cứng dở tải - đặt tải Eurref , góc ma sát trong hữu hiệu  , lực
dính hữu hiệu c ref để phân tích ảnh hưởng của các thơng số này trong mơ hình
Hardening Soil.
1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Kết quả tính tốn từ cơng trình thực tế có đối chiếu với số liệu quan trắc hiện
trường nên có tính khoa học và thực tiễn cao.
Nghiên cứu này là tài liệu tham khảo hữu ích để các kỹ sư phân tích chuyển vị
ngang của tường vây trong các khu vực đất yếu khi lập biện pháp thi cơng đào đất
cho tầng hầm. Từ đó lựa chọn phương pháp tính tốn và mơ hình phù hợp.
1.5. Phạm vi giới hạn của đề tài
Cơng trình tiếp cận hướng nghiên cứu của đề tài luận văn là “Dự án căn hộ và
thương mại Sunrise city lô V, quận 7, thành phố Hồ Chí Minh”. Phạm vi nghiên
cứu giới hạn trong việc xác định chuyển vị ngang của tường vây.
Các phân tích theo phương pháp phần tử hữu hạn được thực hiện bằng phần mềm
Plaxis phiên bản 8.5 theo mơ hình Hardening Soil.


-4CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU

2.1. Quan sát thực nghiệm
2.1.1. Phương pháp của Peck
Peck (1969) tổng kết quan sát hiện trường độ lún bề mặt của đất nền xung quanh
hố đào trong biểu đồ được thể hiện qua hình 2.1. Phương pháp này có thể thích hợp
với lún dạng tường. Như thể hiện trong hình, đường cong lún phân loại theo 3 vùng,
I, II và III, phụ thuộc vào loại đất và tay nghề lao động. Trong hình 2.1, N b đại diện
cho số ổn định, và N cb đại diện cho số ổn định tới hạn cho đẩy trồi đáy. Trường hợp
lịch sử được sử dụng trong phát triển của hình này là trước năm 1969 và hố đào
được chống đỡ bằng cừ thép hay cọc chống với thanh ngang. Phương pháp này đề
xuất rằng độ lún của đất nền lớn nhất cho đất sét rất mềm đến mềm là khoảng 1%
của chiều sâu đào lớn nhất. Vùng ảnh hưởng theo phương ngang được mở rộng tới
hai lần chiều sâu đào lớn nhất. Với việc sử dụng kỹ thuật mới hơn, như sử dụng
tường vây trong đất, độ lún lớn nhất thường nhỏ hơn các định nghĩa trong hình. Tuy
nhiên, phương pháp của Peck là tiếp cận thực nghiệm đầu tiên cho ước lượng độ lún
bề mặt của đất nền.

Hình 2.1. Tổng kết độ lún gần khu vực đào mở trong các loại đất khác nhau như
một hàm của khoảng cách từ cạnh hố đào.


-5-

Hình 2.2 thể hiện áp lực biểu kiến bán thực nghiệm phát triển bởi Terzaghi và
Peck (1967) để dự đoán lực lớn nhất trong thanh chống có thể xảy ra trong hố đào
có giằng chống. Nó khơng mơ tả phân phối thực của áp lực đất từ đó có thể tính lực
trong thanh chống có thể tiếp cận nhưng sẽ không vượt quá trong hố đào thực tế.
Phương pháp này được đánh giá bởi nhiều nhà nghiên cứu khác nhau như Wong và
cộng sự (1997) và Ng (1998).

Hình 2.2. Biểu đồ áp lực đất biểu kiến được đề xuất bởi Tezaghi và Peck (1967) cho

tính tốn tải thanh chống trong đào mở.
Ng (1998) đã thực hiện nghiên cứu hiện trường trên một hố đào sâu 10 m nhiều
tầng chống trong đất sét quá cố kết và nứt Gault. So sánh kết quả đo được và áp lực
đất thiết kế của Peck được thực hiện. Giá trị đo gần với biên giá trị thấp hơn của
biểu đồ Peck. Lực trong thanh chống của tầng chống thấp nhất được tìm ra có phần
nhỏ hơn do ứng suất ngang thấp nhất trong đất theo thi công của tường vây.
Wong và cộng sự (1997) cho rằng áp lực biểu kiến của đất cho trên 10% của H
vượt qua biên hình thang của biểu đồ áp lực biểu kiến của đất cho cả đất sét cứng và
sét mềm đã được đề xuất bởi Terzaghi và Peck (1967). Điều này có thể do vị trí cao
của cao độ tầng chống đầu tiên và sử dụng áp lực trước. Họ còn đề xuất là biểu đồ
áp lực biểu kiến của đất nên mở rộng đến bề mặt đất hơn là giảm tới 0. Khơng có


-6khác biệt đáng kể trong xu hướng giữa các giá trị áp lực đất biểu kiến của hố đào
được chắn giữ bởi tường với độ cứng khác nhau được tìm thấy.
Theo Goldberg và cộng sự (1976), nhiều nghiên cứu cố gắng đánh giá tải trọng
phát triển của Peck sử dụng mô phỏng phần tử hữu hạn cho hệ thống chống giữ áp
lực đất theo phương ngang khác nhau như cho tường vây cứng và đất. Gần đây căn
cứ theo Hashash và Whittle (2002) cho thấy rằng lực phát triển dưới dự đoán của áp
lực đất biểu kiến tác dụng vào tường vây. Áp lực biểu kiến trên tường cừ thép chịu
uốn nhiều hơn mặt khác đồng ý hoàn toàn với thiết kế phát triển.
2.1.2. Mana và Clough
Trong các nghiên cứu của Mana và Clough (1981), 11 trường hợp lịch sử được
xem xét. Chuyển vị lớn nhất của các trường hợp lịch sử được chuẩn hóa bởi chiều
sâu đào và tương quan với hệ số an toàn chống lại đẩy trồi đáy thiết lập bởi
Terzaghi (1943) như hình 2.3. Như thể hiện qua hình 2.4, hằng số chuyển vị khơng
thứ ngun là tại hệ số an toàn cao là một dấu hiệu của một phản ứng đàn hồi rộng.
Sự tăng nhanh trong chuyển vị tại hệ số an toàn thấp hơn là kết quả của dẻo trong
đất. Các giới hạn cao hơn và thấp hơn được đề xuất bởi các tác giả để ước lượng
mức được yêu cầu của chuyển vị.


Hình 2.3. Hình dạng hố đào và thơng số cường độ đất cho hệ số an toàn


-7-

Hình 2.4. Phân tích định nghĩa quan hệ giữa hệ số an toàn chống lại đẩy trồi đáy và
chuyển vị ngang lớn nhất không thứ nguyên (theo Mana và Clough, 1981)
2.1.3. Phương pháp của Bowles
Bowles (1988) đã đề xuất một phương pháp để ước lượng độ lún kiểu tường gây
ra khi đào. Các bước thực hiện như sau.
 Chuyển vị ngang của tường được ước lượng.
 Thể tích của khối đất chuyển vị ngang được tính tốn.
 Vùng ảnh hưởng (D) sử dụng phương pháp được đề nghị bởi Caspe (1966) được
chấp nhận.
D  H e  H d  tan45   ' / 2

(2.1)

Trong đó H e là chiều sâu đào cuối cùng,  ' là góc ma sát trong của đất. Với đất
dính, H d  B với B là chiều rộng đào, với đất rời H d  0.5B tan45   ' / 2 .
 Bằng cách giả định độ lún lớn nhất của đất xảy ra tại tường, độ lún lớn nhất của
đất có thể được ước lượng như sau.
 vm  4Vs / D

(2.2)


-8 Đường cong lún được giả định là dạng parabol. Độ lún  v tại một khoảng cách từ
tường chắn x có thể tính bởi theo cơng thức sau.

 v   vm x / D2

(2.3)

Trong đó x là khoảng cách từ tường.
2.1.4. Phương pháp của Clough và cộng sự
Clough và cộng sự (1989) đề xuất một quy trình bán thực nghiệm để ước lượng
chuyển vị khi đào trong đất sét với chuyển vị ngang lớn nhất của tường  hm được
đánh giá liên hệ với hệ số an toàn FS và độ cứng hệ chống được định nghĩa như sau.
  EI /  w h 4

(2.4)

Trong đó EI là độ cứng chống uốn trên chiều rộng đơn vị của tường chắn,  w là
trọng lượng đơn vị của nước và h là khoảng cách trung bình của hệ chống.
Hệ số an toàn FS được định nghĩa theo Tezaghi (1943), như thể hiện trong hình
2.3. Có thể nhấn mạnh rằng FS được sử dụng như là thông số chỉ số. Độ cứng hệ
chống được định nghĩa là một hàm của độ cứng chống uốn của tường, khoảng cách
trung bình theo phương đứng của hệ chống, và trọng lượng đơn vị của nước, được
sử dụng như một thông số chuẩn hóa. Hình 2.5 thể hiện  hm được biểu diễn liên hệ
với độ cứng hệ chống và giá trị FS thay đổi. Họ đường cong trong hình dựa trên
điều kiện trung bình, nhân cơng tốt, và giả định rằng biến dạng của tường chắn đóng
góp một phần nhỏ vào tổng chuyển vị. Một phương pháp để ước lượng chuyển vị
của tường chắn còn được đề nghị bởi Clough và cộng sự để bổ sung trực tiếp vào
những dự đoán này bởi hình 2.5.


-9-

Hình 2.5. Chuyển vị ngang của tường như phần trăm của chiều sâu đào đối với độ

cứng hệ chống (theo Clough và cộng sự 1989).
Addenbrooke (2000) định nghĩa một thuật ngữ mới, chuyển vị uốn,   h 5 / EI để
xác định ảnh hưởng của độ cứng kết cấu. Phân tích phần tử hữu hạn đàn hồi dẻo lý
tưởng đơn giản được thực hiện để xác nhận ý tưởng này. Điều này cho phép các kỹ
sư xem xét các lựa chọn hệ chống đỡ khác nhau phù hợp với tiêu chuẩn chuyển vị
của cùng loại tường. Một xác nhận mở rộng hơn bởi các trường hợp hiện trường
lịch sử được thực hiện sau đó trên tiêu chuẩn dữ liệu của hố đào sâu được tạo bởi
Long (2000) và Moormann (2004). Tuy nhiên, không một phụ thuộc đơn giản nào
được tìm thấy giữa chuyển vị chuẩn hóa bởi chiều sâu đào từ dữ liệu hiện trường
như  max / H và chuyển vị uốn.
2.1.5. Quan sát của Hsieh và Ou trên hình dạng của độ lún bề mặt đất nền
Theo Hsieh và Ou (1998), có hai kiểu độ lún khác nhau do đào, kiểu tường trong
đó độ lún bề mặt lớn nhất xảy ra rất gần tường và loại lòng chảo trong đó độ lún bề
mặt lớn nhất xảy ra cách tường chắn một khoảng xa. Độ lớn và hình dạng của biến
dạng tường có thể là kết quả trong các trường hợp khác nhau của độ lún. Nếu một
lượng lớn của biến dạng tường xảy ra tại giai đoạn đào đầu tiên và biến dạng tường


-10đối nhỏ xảy ra tại các giai đoạn đào sau đó, kiểu lún dạng tường có thể xảy ra. Mặt
khác, nếu số lượng tương đối nhỏ biến dạng tường xảy ra tại giai đoạn đào ban đầu,
so ới số lượng biến dạng tại các độ sâu lớn hơn, thêm vào biến dạng của tường
chắn, hay biến dạng trong phần trên của tường, được giữ bởi chống lắp đặt trong
quá trình đào đến độ sâu lớn hơn trong đó chuyển đến độ lún phù hợp với độ lún
kiểu lòng chảo.
2.1.6. Dữ liệu của Long
Long (2001) phân tích 296 trường hợp lịch sử. Nghiên cứu này có mục tiêu xác
nhận

kết


quả

của

Clough

và

O’Rourke

(1990)

cho

đất

cứng

với

 hm / H  0.05  0.25% và  vm / H  0  0.2% . Với đất sét mềm có hệ số an toàn ổn

định đáy thấp hơn, chuyển vị lớn đến  hm / H  3.2% có thể xảy ra. Các dữ liệu thô
được làm trơn theo biểu đồ của Clogh mặc dù sự phân tán rộng của dữ liệu. Tác giả
kết luận rằng biến dạng của đào sâu trong đất rời cũng như đất sét cứng không phụ
thuộc vào độ cứng của tường và hệ chống cũng như loại chống. Giới hạn cứng chỉ
ảnh ảnh hưởng đến biến dạng đáng kể khi liên hệ với đào sâu trong sét mềm với
một hệ số an toàn chống đẩy trồi thấp. Cố gắng được thực hiện bởi Long (2001) để
xác nhận sử dụng của thông số uốn Addenbrooke cho xác định độ cứng của hệ
chống. Kết quả một lần nữa cho thấy đường cong tương tự được tìm thấy trong tiếp

cận của Clough với độ rời rạc rộng.
2.1.7. Dữ liệu của Moormann
Moormann (2004) đã thực hiện một nghiên cứu thực nghiệm mở rộng với 530
trường hợp lịch sử của tường chắn và chuyển vị của đất khi đào trong đất sét mềm
( cu  75 kPa) để tính tốn. Tác giả đưa ra kết luận chuyển vị ngang lớn nhất của
tường  hm nằm giữa 0.5%H và 1.0%H, trung bình tại 0.87% H (hình 2.7 và hình
2.8). Vị trí của chuyển vị ngang lớn nhất tại 0.5H đến 1.0H dưới mặt đất. Độ lún lớn
nhất theo phương đứng của bể mặt đất nền phía sau tường chắn  vm nằm trong
khoảng từ 0.1%H đến 10%H, trung bình tại 1.1%H. Độ lún  vm xảy ra tại khoảng
cách nhỏ hơn 0.5%H phía sau tường, nhưng các trường hợp trong đất mềm khoảng
cách này có thể lên đến 2.0H. Tỷ số  vm /  hm thay đổi giữa 0.5 đến 1.0. Điều kiện


-11đất và chiều sâu đào H cho thấy là thông số ảnh hưởng nhất đến biến dạng do đào.
Tường chắn và chuyển vị đất có vẻ khơng phụ thuộc nhiều vào độ cứng hệ chống
của hệ thống chắn giữ. Hình 2.8 cho thấy sự thay đổi của chuyển vị ngang chuẩn
hóa với độ cứng hệ chống của kết cấu tường. Các kết quả được so sánh với dự đốn
trước đó của O’Rourke (1993). Sự rời rạc rộng được xác nhận. Một tính tốn hệ số
an tồn bằng 1 có thể quan sát được chuyển vị ngang lớn nhất wmax / H thấp khoảng
0.1%, mặc dù giá trị được dự đoán bởi Clough và cộng sự khoảng 1% cho hệ chống
cứng nhất.

Hình 2.6. Định nghĩa các ký hiệu theo Moormann (2004)