ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH

PHAN NGỌC ANH

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHUYỂN VỊ CỦA ĐẤT NỀN
LOẠI SÉT TRONG CÁC GIAI ĐOẠN THI CÔNG HỐ ĐÀO

CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
MÃ SỐ NGÀNH: 60.58.60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2009


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 HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày…….tháng…….năm……..


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

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---------***--------Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2009

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: PHAN NGỌC ANH
Ngày, tháng, năm sinh : Ngày 12 tháng 10 năm 1983
Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Giới tính: nam
Nơi sinh: Cần Thơ
MSHV: 00907535

I. TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHUYỂN VỊ CỦA ĐẤT NỀN LOẠI SÉT
TRONG CÁC GIAI ĐOẠN THI CÔNG HỐ ĐÀO.
II. NHIỆM VỤ và NỘI DUNG:
1. NHIỆM VỤ:
Xác định các phương trình dự đốn chuyển vị của đất nền xung quanh hố đào có giằng
chống đối với sét trong trạng thái khơng thốt nước dưới tải trọng ngồi tác động, nhưng

khơng dựa vào bài tốn mơ phỏng PTHH.
2. NỘI DUNG:
Giới thiệu mở đầu
Chương I: Tổng quan vấn đề.
Chương II: Cơ sở lý thuyết tính tốn
Chương III: Nghiên cứu dự đoán chuyển vị của đất nền trong hố đào có giằng chống
đối với sét khơng thốt nước dưới tải trọng ngoài tác động
Chương IV: Tương quan chuyển vị từ tính tốn với mơ hình PTHH và thực tế.
Kết luận và kiến nghị
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

ngày……tháng .......năm 2009
ngày……tháng .......năm 2009

V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS.NGUYỄN MINH TÂM

CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH

TS.VÕ PHÁN

Nội dung và đề cương Luận văn Thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thơng qua.
Ngày
PHỊNG ĐÀO TẠO SĐH

tháng


năm 2009

KHOA QUẢN LÝ NGÀNH


Lời cảm ơn
Luận văn Thạc Sĩ hoàn thành là quá trình truyền thụ kiến thức và hướng dẫn
khơng ngừng của Q Thầy, Cơ; những động viên khích lệ từ gia đình, bạn bè
trong suốt quá trình học tập và rèn luyện. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu
sắc đến Thầy TS. Nguyễn Minh Tâm đã tận tình hướng dẫn tác giả trong suốt
quá trình học tập và thực hiện luận văn.
Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tồn thể Q Thầy, Cơ Bộ mơn
Địa Cơ Nền Móng đã tham gia giảng dạy truyền đạt kiến thức, tạo mọi điều kiện
tốt nhất trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.
Niềm động viên tinh thần lớn nhất của tác giả chính là Cha Mẹ, Anh, Chị, Em,
bạn bè, những người khơng ngại khó khăn ln động viên, khích lệ trong những lúc
khó khăn nhất, là sức mạnh tinh thần để tôi vững tin thực hiện được mục tiêu của
mình.
Với những hiểu biết của bản thân chắc chắn khơng tránh khỏi những sai sót khi
thực hiện luận văn, kính mong Q Thầy, Cơ, bạn bè góp ý chân thành để tơi ngày
càng hồn thiện sự hiểu biết của mình.


TĨM TẮT LUẬN VĂN
TĨM TẮT:
Ngày nay, các cơng trình cao tầng với nhiều tầng hầm xuất hiện ngày càng nhiều. Điều
này đã trở thành xu thế chính trong q trình hiện đại hóa các thành phố lớn. Hiện nay, có khơng
ít cơng trình hố đào sâu gặp sự cố trong q trình thi cơng và gây ra ảnh hưởng nghiêm trọng
đến các cơng trình lân cận. Ngun nhân chính gây ra các ảnh hưởng trên, chủ yếu là chuyển vị
của đất nền xung quanh hố đào. Bên cạnh đó, thời gian thi cơng hố đào diễn ra trong vài tháng,

đó là thời gian ngắn chưa đủ để nước trong đất thốt ra và đất chưa cố kết hồn tồn. Do vậy, bài
tốn thường được phân tích ở trạng thái tức thời (hay nói khác là trạng thái khơng thốt nước).
Việc tính tốn chuyển vị hố đào hiện nay, đa phần dựa trên mô phỏng phần tử hữu hạn
(PTHH). Tuy nhiên để có kết quả khá chính xác, ta phải khai báo rất nhiều thơng số đầu vào
trong mơ hình PTHH. Và số liệu càng trở nên phức tạp hơn khi điều kiện thí nghiệm ở Việt Nam
chưa đáp ứng được như ở nước ngồi. Do đó, trong luận văn này, tác giả đề nghị khơng dùng
PTHH để phân tích, mà chỉ dùng các lý thuyết cơ học đất kết hợp các giả thuyết phù hợp để dự
đoán chuyển vị đất nền.
Tác giả giới thiệu một phương pháp mới về tính tốn chuyển vị cho hố đào có giằng
chống bằng việc điều chỉnh giá trị sức chống cắt khơng thốt nước. Giá trị này được lấy từ kết
quả thí nghiệm trong phòng cho lớp đất bên dưới và xung quanh hố đào thông qua một hệ số
điều chỉnh. Hệ số này được tính tốn thơng qua ngun lý cân bằng cơng ảo dựa trên cơ chế biến
dạng dẻo. Độ lớn công ảo phụ thuộc vào trọng lượng của khối đất còn lại trong hố đào, vào tải
trọng ngoài và sức chống cắt của đất. Tùy vào mỗi giai đoạn, mỗi pha thi cơng thì khối lượng đất
được bốc đi dẫn đến sức chống cắt, biến dạng của khối đất còn lại sẽ thay đổi. Do đó, giá trị
cơng ảo thay đổi sau mỗi giai đoạn, mỗi pha thi công của hố đào. Hệ số điều chỉnh vì thế cũng
được thay đổi tương ứng cho phù hợp với giá trị của công ảo. Và phương pháp này được gọi là
phương pháp hiệu chỉnh cường độ.
Nguyên tắc của phương pháp hiệu chỉnh cường độ là: bằng cách giả thiết chuyển vị, biến
dạng tại một vùng trong cơ chế biến dạng dẻo và thông qua giả thuyết qui luật phân bố theo hàm
dạng, ta sẽ xác định được chuyển vị và biến dạng của các vùng còn lại của hố đào. Phương pháp
này cho phép ta đơn giản hóa bài tốn tính tốn chuyển vị hố đào mà vẫn thu được kết quả tương
đối chính xác.
Trong luận văn này, tác giả đã áp dụng phương pháp trên cho nhiều loại tường trong các
điều kiện khác và đã thu được kết quả phù hợp với kết quả quan trắc thực tế; cũng như với các
kết quả được trình bày trong các các ấn bản cùng lĩnh vực đã phát hành và kết quả thu được từ
phân tích PTHH phi tuyến tổng quan.


SUMMARY OF THESIS

Nowadays, we can perceive a bloomed development of high rised buildings with deep
excavation. It becomes an indispensable tendency of grand city modernization. In fact, during
the process of excavation execution, many incidents have been occuring and the ground
displacement causes many serious consequences on neighboring buildings or public facilities.
Moreover, it takes us months to finish it. This time is not long enough for a complete soil
drainage and consolidation. Therefore, this problem is normally solved by using the immediate
state ( or undrained state).
Excavation displacement calculations are actuallement based on the finite element
method, which requires a lot of input parameters to obtain accurate results. However, in Vietnam,
poor test conditions prevent us from having desired data. So, the author proposes, in this thesis,
using theorical analysis of soil mechanic, combined with adequate hypothesis for the estimation
of excavation displacement. This method, applied for excavation supported by lateral systems,
based on the modification of undrained shear strength from laboratory analysis on the soil below
and around the excavation through a coefficient of modification. This factor is determined by
using the mechanism of plastic deformation and the virtual work equilibrium. The virtual work
value depend on the remain soil weight, the external loads and shear resistance of soil, so it
varies after each execution phase. The factor of modification then is modified corresponding to
the virtual work value.
The principle of “Modified Strength Method” is: by hypothezing the deformation or the
displacement of one zone in plastic deformation mecanism and the shape function distribution of
deformation, we are able to determine the deformation or the displacement of others. This
method allows us to simplify excavation displacement calculations yet to obtain quite accurate
results.
In this thesis, the author applies this method for different types of walls in different
execution conditions and obtains results quite corresponding to which of in-situ observe, to
which showed in many publications of same domain and to which determined from non-linear
analysis of finite element methode.


Luận văn tốt nghiệp


Mục lục
Mở ñầu ...................................................................................................................1
Giới thiệu .............................................................................................................................. 1
Mục đích nghiên cứu ......................................................................................................... 2
0.1. Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài .............................................................. 2
Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................... 2
Nội dung nghiên cứu ......................................................................................................... 3

Chương 1. Tổng quan vấn ñề ............................................................................4
1.1. Khái niệm về hố đào và tường chắn ................................................................. 4
1.1.1.
1.1.2.

Phân loại hố đào .........................................................................................................................................4
Phân loại tường chắn hố đào thường sử dụng ..............................................................................4

1.2. Đặc điểm của công trình hố đào sâu ................................................................ 4
1.3. Những yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị hố đào .......................................... 5
1.3.1.
1.3.2.
1.3.3.
1.3.4.
1.3.5.
1.3.6.

Sự thay đổi trạng thái ứng suất trong hố đào ................................................................................5
Kích thước hố đào......................................................................................................................................5
Mực nước ngầm ..........................................................................................................................................5
Ứng suất ban đầu trong đất ...................................................................................................................5

Độ cứng của hệ chống đỡ .......................................................................................................................5
Tác động của việc gia tải trước ............................................................................................................5

1.4. Một số cơng trình hố đào sâu trên thế giới và ở Việt Nam ....................... 6
1.4.1.
1.4.2.

Thế giới...........................................................................................................................................................6
Việt Nam ........................................................................................................................................................7

1.5. Một số nghiên cứu về hố đào sâu ...................................................................... 7
1.5.1.
1.5.2.

Thế giới...........................................................................................................................................................7
Việt Nam ........................................................................................................................................................8

Chương 2. Cơ sở lý thuyết tính tốn ...............................................................10
2.1. Lý thuyết áp lực đất chủ động, bị động ........................................................ 10
2.1.1.
2.1.1.
2.1.2.
2.1.3.

Phân loại áp lực ngang của đất.......................................................................................................... 10
Lý thuyết Mohr-Rankine [5]............................................................................................................... 11
Lý thuyết Coulomb [5] .......................................................................................................................... 13
Lí thuyết cân bằng giới hạn điểm: Lời giải của Sokolovski [1] ........................................... 17

2.2. Cơ học đất tới hạn [1],[2] .................................................................................. 19

2.2.1.
2.2.2.
2.2.3.

Nén một trục ............................................................................................................................................. 20
Nén 3 trục UU ........................................................................................................................................... 21
Lộ trình ứng suất [16] ........................................................................................................................... 22

2.3. Vịng trịn Mohr ứng suất và biến dạng........................................................ 24
2.4. Tính tốn kiểm tra ổn định hố đào ................................................................ 27
2.4.1.
2.4.2.
2.4.3.
2.4.4.
2.4.5.

Phương pháp Terzaghi – Peck [1] ................................................................................................... 27
Phương pháp Terzaghi cải tiến [24] ............................................................................................... 28
Phương pháp Caquot và Kerisel [24] ............................................................................................. 29
Tính ổn định chống trồi theo quy trình hố móng Thượng Hải [16] ................................. 30
Phương pháp Goh [16] ......................................................................................................................... 31

2.5. Tính tốn biến dạng của tường chắn bằng các công thức lý thuyết [1]
32
2.5.1.
2.5.2.
2.5.3.

Dưới tác dụng của tải trọng bất kì lên mặt bên ......................................................................... 33
Dưới tác dụng của tải trọng tập trung ........................................................................................... 34

Dưới tác động của tải trọng hình thang ........................................................................................ 35

2.6. Tính toán lực trong thanh giằng chống........................................................ 37
115


Luận văn tốt nghiệp
2.6.1.
2.6.2.

Phương pháp Sachipana (Nhật) [1] ................................................................................................ 37
Phương pháp đàn hồi ............................................................................................................................ 39

2.7. Dự đoán chuyển vị bằng các phương pháp thực nghiệm [16] ............. 41
2.7.1.
2.7.2.
2.7.3.
2.7.4.
2.7.5.

Phương pháp dự đoán của Peck (1969) [16] ............................................................................. 41
Phương pháp dự đoán của Bowles (1986)[16] ......................................................................... 42
Phương pháp dự đoán của Clough & O’Rourke (1989&1990) [16] ................................. 42
Phương pháp dự đoán của Hsieh & Ou (1998).......................................................................... 44
Phương pháp dự đoán của Ashraf S. Osman and Malcolm D. Bolton (2004) ............... 46

2.8. Phần mềm Phần tử hữu hạn (PTHH) ............................................................ 47
2.8.1.
2.8.2.
2.8.3.


Giới thiệu .................................................................................................................................................... 47
Các mơ hình đất nền .............................................................................................................................. 47
Các thơng số tính toán khác................................................................................................................ 58

2.9. Nhận xét chung về chương 2 ........................................................................... 62

Chương 3. Nghiên cứu dự đốn chuyển vị của đất nền trong hố đào có
giằng chống đối với sét khơng thốt nước .................................................................63
3.1. Các giả thuyết chính ............................................................................................ 63
3.2. Cơ chế biến dạng dẻo tại các vùng chính ..................................................... 64
3.3. Quy luật phân bố ứng suất và biến dạng chính ......................................... 65
3.4. Khái niệm sức chống cắt hiệu chỉnh ............................................................. 67
3.5. Ngun lý tính tốn cơng ảo ............................................................................. 68
3.6. Trình tự tính tốn theo phương pháp hiệu chỉnh ................................... 70
3.7. Chuyển vị ngang của tường chắn khi không giằng chống ..................... 71
3.8. Chuyển vị đứng của hố đào khi không giằng chống................................. 72
3.9. Áp dụng tính tốn cho 1 ví dụ .......................................................................... 74
3.9.1.
3.9.2.
3.9.3.
3.9.4.

3.10.

Các thơng số chính của bài tốn ....................................................................................................... 74
Kết quả phân tích tường cơngson .................................................................................................... 82
Kết quả phân tích chuyển vị tường theo từng giai đoạn thi cơng có giằng chống ...... 84
Khảo sát ảnh hưởng thơng số bước sóng anpha α ................................................................... 90


Kết luận............................................................................................................... 92

Chương 4. Tương quan chuyển vị từ tính tốn với mơ hình PTHH và các
kết quả thực nghiệm ....................................................................................................93
4.1. Phân tích bằng PTHH ......................................................................................... 93
4.1.1.
4.1.2.
4.1.3.

Số liệu đầu vào ......................................................................................................................................... 93
Mơ hình hóa Plaxis các pha thi cơng của cơng trình Morning Star ................................... 96
Kết quả phân tích chuyển vị theo PTHH (đơn vị: mm) .......................................................... 98

4.2. Kết quả quan trắc thực tế ............................................................................... 102
4.2.1.
4.2.2.

Kết quả đo tại QT1 ............................................................................................................................... 102
Kết quả đo tại QT4 ............................................................................................................................... 105

4.3. So sánh kết quả tính tốn bằng PTHH với các kết quả thực nghiệm
108
4.3.1.
4.3.2.
4.3.3.

So sánh kết quả lần đào 1 ................................................................................................................. 108
So sánh kết quả lần đào 2 ................................................................................................................. 109
So sánh kết quả lần đào 3 ................................................................................................................. 110


Chương 5. Kết luận và kiến nghị ..................................................................111
5.1. Kết luận ................................................................................................................. 111
5.2. Hạn chế của đề tài.............................................................................................. 111
116


Luận văn tốt nghiệp
5.3. Kiến nghị............................................................................................................... 112

Tài liệu tham khảo ............................................................................................113

Mục lục hình ảnh
Hình 1-1: Tịa tháp đơi Malaysia ...................................................................................... 6
Hình 1-2: ðường cong thiết kế cho chuyển dịch tường lớn nhất ...................................... 8
Hình 1-3: Biểu đồ quan hệ giữa chuyển vị ngang và bề dày của tường ........................... 9
Hình 2-1: Sự thay ñổi áp lực ngang của ñất theo ñộ dịch chuyển của tường chắn ......... 10
Hình 2-2: Các trạng thái cân bằng giới hạn dẻo của Rankine ......................................... 11
Hình 2-3: Vịng trịn Mohr cho áp lực chủ động trong đất dính ..................................... 12
Hình 2-4: Lý thuyết nêm của Coulomb .......................................................................... 14
Hình 2-5: Áp lực bị động trong điều kiện thốt nước ..................................................... 16
Hình 2-6: Liên hệ vi phân ứng suất tại một phân tố đất .................................................. 18
Hình 2-7: Vịng trịn Mohr ứng suất điển hình và đường bao sức chống cắt ở trạng thái
giới hạn cho các thí nghiệm UU, CU và CD trên các mẫu ñất sét q cố kết .......................... 19
Hình 2-8: Ứng xử của đất ở trạng thái giới hạn theo p’, q’, e ......................................... 20
Hình 2-9: ðồ thị quan hệ giữa ứng suất và biến dạng chính........................................... 20
Hình 2-10: Ứng suất(a), lộ trình ứng suất(b) và vịng trịn Mohr(c) cho thí nghiệm UU21
Hình 2-11: Kết quả điển hình của thí nghiệm nén 3 trục khơng thốt nước trên ............ 21
Hình 2-12: Lộ trình ứng suất trong hố ñào cho các ñiểm nằm gần (trên) mặt trượt ....... 22
Hình 2-13: Lộ trình ứng suất với gia tải có thốt nước [2] ............................................. 23
Hình 2-14: Lộ trình ứng suất tổng và hữu hiệu với gia tải khơng thốt nước [17] ......... 23

Hình 2-15: khuynh hướng thay ñổi ứng suất ứng với các phân tố trên hệ trục p,q [1] ... 23
Hình 2-16: Lộ trình ứng suất thường gặp khi có ứng suất chinh theo 1 phương khơng
đổi theo Lambe ......................................................................................................................... 24
Hình 2-17: Lộ trình ứng suất thường gặp khi có ứng suất chinh theo 1 phương khơng
đổi theo Roscoe và cộng sự ...................................................................................................... 24
Hình 2-18: Minh họa các biến dạng thường gặp ............................................................. 25
Hình 2-19: Biến dạng trượt và ñồ thị quan hệ giữa biến dạng và ứng suất trượt............ 25
Hình 2-20: Vi phân chuyển vị ......................................................................................... 25
Hình 2-21: Biến dạng phẳng ........................................................................................... 26
Hình 2-22: Sơ ñồ tính chống trồi ñáy hố ñào theo phương pháp Terzaghi – Peck. ........ 27
Hình 2-23: Phương pháp Terzaghi cải tiến tính tốn chống trồi đáy hố đào .................. 29
Hình 2-24: Sơ đồ tính chống trồi đáy hố đào theo Caquot – Kerisel .............................. 30
Hình 2-25: Sơ đồ tính chống trồi đáy hố đào theo quy trình Thượng Hải ...................... 30
Hình 2-26: Sơ đồ tính chuyển vị tường nhiều tầng chống .............................................. 33
Hình 2-27: Chuyển vị thân tường dưới tác ñộng của tải trọng bất kỳ ............................ 33
Hình 2-28: Tường chắn dưới tác động của tải tập trung ................................................. 34
Hình 2-29: Tường chắn dưới tác động của tải trọng hình thang ..................................... 35
Hình 2-30: Sơ đồ tính tốn chính xác lực trong thanh chống theo Sachipana ................ 37
Hình 2-31: Sơ đồ tính tốn gần đúng lực trong thanh chống theo Sachipana................. 38
Hình 2-32: Sơ đồ tính lực trong thanh chống theo phương pháp đàn hồi Nhật Bản ...... 39
Hình 2-33: Sơ đồ tính tốn theo phương pháp đàn hồi sau khi sửa đổi .......................... 40
Hình 2-34: ðường cong dự đốn mất mát của đất nền (Peck,1969)[16] ........................ 41
Hình 2-35: Dự ñoán chuyển vị mặt nền theo Bowler (1986) [16] .................................. 42
Hình 2-36: Các bước phát triển của áp lực đất sau hố đào (Bowles 1988) [16] ............. 42
Hình 2-37: ðường cong thiết kế của chuyển vị ngang lớn nhất cho ñất sét mềm ñến chặt
vừa (Clough & cộng sự 1989) .................................................................................................. 43
Hình 2-38: ðường biến dạng đề nghị để đánh giá chuyển vị của ñất cạnh hố ñào cho các
loại ñất khác nhau (Clough & Rourke 1990)............................................................................ 43
117



Luận văn tốt nghiệp
Hình 2-39: Dạng tường của biểu đồ chuyển vị (Hsieh & Ou 1998) ............................... 44
Hình 2-40: Dạng lõm của biểu ñồ chuyển vị (Hsieh & Ou 1998) .................................. 44
Hình 2-41: So sánh kết quả chuyển vị mặt nền dự đốn và thực nghiệm trong 3 trường
hợp ............................................................................................................................................ 45
Hình 2-42: Hướng của các biến dạng chính trong trường hợp biến dạng dẻo ................ 46
Hình 2-43: Quan hệ giữa các ứng suất và biến dạng chính trong mơ hình ñàn hồi ........ 47
Hình 2-44: Ý tưởng ban ñầu về mơ hình đàn dẻo lý tưởng ............................................ 48
Hình 2-45: Phân tố ứng suất và ñường bao sức chống cắt .............................................. 48
Hình 2-46: Hướng chảy dẻo trong mặt phẳng lệch ......................................................... 49
Hình 2-47: Mơ phỏng hàm chảy dẻo trong hệ trục khơng gian các ứng suất chính ....... 50
Hình 2-48: ðồ thị thể hiện hướng chảy dẻo của phân tố ñất .......................................... 50
Hình 2-49: các biến dạng của phân tố đất thường gặp .................................................... 51
Hình 2-50: ðồ thị thể hiện các thơng số dẻo................................................................... 52
Hình 2-51: Hình ảnh cơ học minh họa bản chất các thơng số dẻo.................................. 52
Hình 2-52: Hình ảnh cơ học minh họa bản chất góc giãn nở và ñồ thị quan hệ giữa ứng
suất và biến dạng ...................................................................................................................... 52
Hình 2-53: Mối quan hệ vi phân biến dạng cắt của phân tố đất ..................................... 53
Hình 2-54: E0 và E50 được xác định từ kết quả thí nghiệm nén 3 trục thốt nước tiêu
chuẩn......................................................................................................................................... 54
Hình 2-55:Phương pháp xác định Mơ đun của đất từ kết quả nén 1 trục ....................... 54
Hình 2-56: Mơ phỏng các quan hệ khi xác định Mơ đun của đất khi chịu tải ................ 54
Hình 2-57: Mơ đun nén 1 trục của sét cố kết thường trong gia tải ban đầu theo Janbu
(1963) ....................................................................................................................................... 55
Hình 2-58: ðồ thị quan hệ e – logσ’ và xác ñịnh các trị số m ........................................ 55
Hình 2-59: ðường cong hyperbol ứng suất-biến dạng trong gia tải ban ñầu của thí
nghiệm nén 3 trục thốt nước tiêu chuẩn.................................................................................. 56
Hình 2-60: ðường cong hyperbol xấp xỉ theo Kondner(1963) và Duncan (1970) ......... 56
Hình 2-61: Phương pháp xác định Eur ............................................................................. 57

Hình 2-62: Biểu ñồ quan hệ giữa E0 và Eur theo Duncan (1970) .................................... 57
Hình 2-63: Ứng xử của đất trong mối quan hệ giữa mơ đun và biến dạng cho các loại thí
nghiệm và kết cấu phân tích (Mair 1993) ................................................................................. 59
Hình 2-64: Quan hệ giữa Cu và Eu (theo Ducan & Buchigani (1976)) ........................... 60
Hình 3-1: Giả thuyết đường biến dạng và các vùng ảnh hưởng khi phân tích chuyển vị
hố đào có giằng chống .............................................................................................................. 63
Hình 3-2: Biểu diễn hàm dạng của chuyển vị tường trong hố ñào có giằng chống ........ 64
Hình 3-3: Hàm dạng cosin tương thích với độ biến thiên chuyển vị đo được từ cơng
trường ....................................................................................................................................... 64
Hình 3-4: Các vùng biến dạng dẻo chủ yếu khi dùng phân tích hố đào ......................... 65
Hình 3-5: Hướng của các ứng suất chính trong trường hợp biến dạng dẻo .................... 66
Hình 3-6: Biểu đồ tra giá trị của các hệ số B,C trong tính tốn cơng ảo dẻo cho quá trình
phân bố biến dạng cắt cho vùng EFH. ...................................................................................... 69
Hình 3-7: Biểu đồ tra giá trị γ tương ứng với các cấp áp lực và hệ số OCR theo Whittle
(1993) ....................................................................................................................................... 70
Hình 3-8: Cơ chế biến dạng dẻo tường cơng sơn trong điều kiện khơng thốt nước ..... 71
Hình 3-9: Chuyển vị tường cơng sơn (Clough và cộng sự 1989) ................................... 71
Hình 3-10: So sánh ảnh hưởng của chuyển vị tường công sôn lên chuyển vị của hệ tính
theo Clough & cộng sự (1989) và tính bằng PTHH ................................................................. 72
Hình 3-11: Dự đốn chuyển vị mặt nền bằng phương pháp Bowle (1986) .................... 72
Hình 3-12: ðường biến dạng ñề nghị ñể ñánh giá chuyển vị của ñất cạnh hố ñào cho các
loại ñất khác nhau (Clough & Rourke 1990)............................................................................ 73
Hình 3-13: Mặt cắt địa chất của cơng trình Morning Star (đơn giản) dùng để áp dụng
qui trình tính tốn chuyển vị theo đề xuất của tác giả .............................................................. 74
118


Luận văn tốt nghiệp
Hình 3-14: Các pha thi cơng phần ngầm của cơng trình Morning Star .......................... 80
Hình 3-15: Mặt bằng hệ giằng chống lớp 1, 2 của cơng trình Morning Star .................. 81

Hình 3-16: Sơ đồ giả thuyết các số liệu cho pha thi cơng đào đất đầu tiên .................... 82
Hình 3-17: Chuyển vị của tường ứng với pha thi cơng đào đất đầu tiên ........................ 83
Hình 3-18: Sơ đồ giả thuyết số liệu tính tốn cho đợt đào ñất thứ 2 .............................. 84
Hình 3-19: Chuyển vị của tường ứng với pha thi cơng đào đất lần 2 (chưa xét chuyển vị
của các pha thi cơng trước) ....................................................................................................... 85
Hình 3-20: Sơ đồ giả thuyết số liệu tính tốn cho ñợt ñào ñất thứ 3 .............................. 86
Hình 3-21: chuyển vị của tường ứng với pha thi cơng đào đất lần 3 (chưa xét chuyển vị
của các pha thi công trước) ....................................................................................................... 87
Hình 3-22: Tổng chuyển vị của tường ứng với mỗi pha thi cơng đào đất ...................... 88
Hình 3-23: Biểu ñồ tổng chuyển vị của tường ứng với mỗi pha thi cơng đào đất .......... 89
Hình 3-24: Kết quả chuyển vị từ cơng trình TNEC của các tác giả khác nhau [24]....... 89
Hình 3-25: Kết quả chuyển vị với hệ số bước sóng anpha thay đổi ứng với đào đất ñợt 2
.................................................................................................................................................. 90
Hình 3-26: Kết quả chuyển vị với hệ số bước sóng anpha thay đổi ứng với đào đất đợt 3
.................................................................................................................................................. 91
Hình 4-1:Mặt cắt ngang địa chất cơng trình Morning Star dùng để phân tích PTHH .... 93
Hình 4-2: Lưới PTHH 2D của cơng trình Morning Star ................................................. 96
Hình 4-3: pha thi cơng tường chắn và gia tải Hình 4-4: pha thi cơng đào đất đợt 1 ...... 96
Hình 4-5: pha thi cơng lắp đặt thanh chống lớp 1 Hình 4-6: pha thi cơng đào đất đợt 2 96
Hình 4-7: pha thi cơng lắp đặt thanh chống lớp 2 Hình 4-8: pha thi cơng đào đất đợt 3 97
Hình 4-9: kết quả chuyển vị (Mohr Coloumb) Hình 4-10: kết quả chuyển vị (Hardening
Soil) .......................................................................................................................................... 97
Hình 4-11: Tổng chuyển vị ngang ứng với mỗi pha thi cơng đào đất theo mơ hình MC99
Hình 4-12: Tổng chuyển vị ngang ứng với mỗi pha thi cơng đào đất theo mơ hình HS
................................................................................................................................................ 101
Hình 4-13: Kết quả quan trắc thực tế tại vị trí QT1 ...................................................... 104
Hình 4-14: Kết quả quan trắc thực tế tại vị trí QT4 ...................................................... 107
Hình 4-15: So sánh chuyển vị ngang của tường ứng với pha ñầu ñất ñợt 1 ................. 108
Hình 4-16: So sánh chuyển vị ngang của tường ứng với pha ñầu ñất ñợt 2 ................. 109
Hình 4-17: So sánh chuyển vị ngang của tường ứng với pha ñầu ñất ñợt 3 ................. 110


119


Luận văn tốt nghiệp

Mở đầu
Giới thiệu
Ngày nay, các cơng trình cao tầng với nhiều tầng hầm xuất hiện ngày càng nhiều. ðiều
này đã trở thành xu thế chính trong q trình hiện đại hóa các thành phố lớn.
Các cơng trình hố đào sâu có ảnh hưởng lớn đến chuyển vị ñất nền, chủ yếu là xây chen
trong những khu dân cư hiện hữu. Việc thi cơng các hố đào sâu rất phức tạp, là sự tổng hợp
của nhiều yếu tố. Hiện nay, có khơng ít cơng trình hố đào sâu gặp sự cố trong q trình thi
cơng và gây ra hậu quả hết sức nghiêm trọng cho các cơng trình lân cận, do ảnh hưởng chủ
yếu là chuyển vị của ñất nền xung quanh. Thời gian thi công hố ñào diễn ra trong thời gian
vài tháng, đó là thời gian ngắn chưa đủ để nước trong đất thốt ra và cố kết hồn tồn. ðây là
bài tốn thường phân tích ở trạng thái tức thời (hay nói khác đi chính là trạng thái khơng thốt
nước)
Việc tính tốn chuyển vị hiện nay, đa phần dựa trên mơ phỏng phần tử hữu hạn (PTHH)
để có kết quả khá chính xác, nhưng phải chịu ảnh hưởng nhiều đến các thơng số đầu vào khi
đưa vào mơ hình PTHH. Và số liệu càng trở nên phức tạp hơn khi điều kiện thí nghiệm ở Việt
Nam chưa đáp ứng được như ở nước ngồi. Do đó, tác giả nghiên cứu theo hướng khơng dựa
vào PTHH ñể phân tích, chỉ dùng các lý thuyết cơ học ñất kết hợp các giả thuyết phù hợp ñể
dự ñoán chuyển vị.
Cho ñến nay về hướng này, trên thế giới ñã có nhiều tác giả nghiên cứu như Tezaghi và
Peck (1942) phân tích nghiên cứu chuyển vị dự đốn trên bài tốn thanh cơng sơn; tác giả
O’Rourke (1998) nghiên cứu dự đốn chuyển vị của đất nền xung quanh hố ñào có hệ tường
vây với 1 lớp giằng chống trong điều kiện sét khơng thốt nước; tác giả Ashraf S.Osman và
Malcom D.Bolton (2006) nghiên cứu dự đốn chuyển vị của ñất nền xung quanh hố ñào có hệ
tường vây với nhiều lớp giằng chống trong điều kiện sét khơng thốt nước, và các bài báo, tạp

chí có liên quan xung quanh các vấn ñề trên. Các kết quả của các nhà nghiên cứu trên ñã ñược
báo cáo, thảo luận rất nhiều trong các Hội thảo quốc tế chuyên ngành và ñược ñông ñảo các
nhà tư vấn sử dụng nhiều trong việc dự đốn nhanh các chuyển vị đất nền trước khi phân tích
bằng mơ hình PTHH.
Xuất phát từ những u cầu thực tế nêu trên và kế thừa các kết quả nghiên cứu của các
tác giả trên thế giới, tác giả đã tiếp cận đề tài: “Nghiên cứu dự đốn chuyển vị của đất nền
trong hố đào có giằng chống đối với sét khơng thốt nước thơng qua hiệu chỉnh sức
chống cắt” và tác giả chọn phương pháp giải tích ñể phân tích và kết hợp PTHH ñể so sánh
kết quả. Cụ thể đề tài sẽ phân tích các vấn đề sau:

1. Cái nhìn tổng quan và phân tích các lý thuyết tính tốn của các tác giả đã nghiên
cứu vấn đề hố đào.
2. Phân tích dự đốn chuyển vị của đất nền xung quanh hố đào khơng giằng trong
đất sét khơng thốt nước bằng phương pháp giải tích.
3. Phân tích và đơn giản hóa các thơng số địa chất ñầu vào theo yêu cầu bài toán
nhưng cho kết quả cuối cùng khá tin cậy so với PTHH và thực tế.

1


Luận văn tốt nghiệp

4. Phân tích dự đốn chuyển vị hố đào sâu có giằng trong đất sét khơng thốt nước
bằng phương pháp giải tích thơng qua việc hiệu chỉnh các thơng số sức chống cắt và kết
quả tính tốn nằm trong một giới hạn sai số cho phép.
5. So sánh các kết quả dự đốn chuyển vị tính tốn với kết quả phân tích từ PTHH.
Từ những phân tích trên ñây, tác giả ñưa ra các bước ñể xác định các phương trình tính
tốn dự báo mức độ chuyển vị ảnh hưởng của hố đào sâu. Những phương trình trên đây có thể
áp dụng cho các cơng trình có quy mơ và địa chất tương tự.


Mục đích nghiên cứu
Xác định các phương trình nhằm đơn giản hóa q trình tính tốn và phân tích tổng thể
để dự đốn chuyển vị của đất nền xung quanh hố đào có giằng chống đối với sét trạng thái
khơng thốt nước thơng qua hiệu chỉnh sức chống cắt nhưng không dựa vào bài tốn mơ
phỏng PTHH.
Mục đích của luận văn là giới thiệu một phương pháp mới để ước tính chuyển vị của ñất
nền với sự kết hợp các số liệu ứng suất, biến dạng thực tế và các cường ñộ chống cắt khơng
thốt nước của đất. ðó cũng là mong muốn đề xuất cho các kỹ sư địa kỹ thuật một cơng cụ
thực hành thiết kế, bên cạnh đó tác giả cũng cố gắng phân tích hố đào có giằng, làm rõ các giả
thuyết về cân bằng ứng suất và tương thích biến dạng trong nguyên lý biến dạng dẻo. Trạng
thái ñất sẽ được đặc trưng bởi một đường cong thí nghiệm cắt trực tiếp của sự hiệu chỉnh ứng
suất và biến dạng. Trong khía cạnh này, phương pháp mới có thể ñược xem xét như một sự
mở rộng của phương pháp lộ trình ứng suất của MIT (Lambe 1967).

0.1.

Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài

Q trình tính tốn ñơn giản, không phụ thuộc nhiều các thông số phải nội suy hay kinh
nghiệm làm việc thực tế của người ñịa kỹ thuật.
Hệ thống tổng hợp các kiến thức cơ bản liên quan về hố đào.
ðưa ra các phương trình hiệu chỉnh nhằm dự đốn chuyển vị để có kết quả ban đầu khá
tin cậy và có các ý tưởng cho biện pháp xử lý chuyển vị của ñất nền trước khi có kết quả phân
tích PTHH hoặc kết quả quan trắc.
So sánh kết quả tính tốn lý thuyết, kết quả có được từ việc sử dụng phần mềm kiểm
chứng, kết quả quan trắc thực tế tại hiện trường. Từ đó, lựa chọn được phương pháp tính đúng
đắn cho các cơng trình có tính chất tương tự.

Phương pháp nghiên cứu
ðể thực hiện các mục tiêu nghiên cứu trên ñây, tác giả lựa chọn phương pháp nghiên

cứu như sau: tính tốn lý thuyết (phân tích giải tích), quan trắc hiện trường và sử dụng phần
mềm PTHH kiểm chứng.
Trong đó:

1. Tính tốn lý thuyết: Sử dụng các lý thuyết tính tốn sau đây:
Lý thuyết tính tốn tường chắn liên tục trong đất.

2


Luận văn tốt nghiệp
Lý thuyết kiểm tra ổn ñịnh, cường ñộ của ñất nền và hố ñào sâu.
Lý thuyết kiểm tra ổn ñịnh thành hố ñào.
Lý thuyết cơ học ñất tới hạn
Lý thuyết dẻo

2. Quan trắc hiện trường: Ghi nhận chuyển vị của kết cấu thành hố đào.
3. Mơ phỏng: sử dụng phần mềm Plaxis để phân tích ổn định và biến dạng của hố đào
trong q trình thi cơng.

Nội dung nghiên cứu
Tác giả giới thiệu một phương pháp mới về tính tốn chuyển vị cho hố đào có giằng
chống bằng việc điều chỉnh giá trị sức chống cắt khơng thốt nước từ kết quả thí nghiệm trong
phịng cho lớp ñất bên dưới và xung quanh hố ñào thông qua một hệ số. Hệ số điều chỉnh này
được tính tốn thông qua nguyên lý cân bằng công ảo dựa trên cơ chế biến dạng dẻo. Cơng ảo
này chính là cơng của trọng lượng của khối đất, tải trọng ngồi và sức chống cắt của đất được
phân tích trong cơ chế biến dạng dẻo. Tùy thuộc vào mỗi giai ñoạn, mỗi pha thi cơng thì khối
lượng đất được bốc đi, dẫn ñến sức chống cắt, biến dạng của khối ñất còn lại sẽ thay đổi, từ
đó dẫn đến cơng của chúng sẽ khác nhau. Do đó, hệ số điều chỉnh sẽ thay đổi tương ứng cho
mỗi giai đoạn thi cơng trên. Bên cạnh đó, các chuyển vị, biến dạng tại từng vùng ñược giả

thuyết ñể ñưa vào trong cơ cấu biến dạng dẻo nhằm dự đốn các biên độ chuyển vị tại mỗi
vùng và thông qua giả thuyết qui luật phân bố theo hàm dạng thì xác định được các chuyển vị
tại các vị trí cịn lại của hố đào, đó chính là phương pháp hiệu chỉnh cường độ. Ngồi ra,
phương pháp này có một độ an tồn nhất định và sử dụng như là một bước đơn giản của tính
tốn, khơng cần đến việc phân tích PTHH.
Từ quan trắc thực tế, các kết quả được phân tích từ phương pháp này áp dụng cho các
loại tường và ñiều kiện khác nhau và tương đương với quan trắc; ngồi ra cũng ñược so sánh
với các ấn bản cùng lĩnh vực ñã phát hành và phân tích PTHH phi tuyến tổng quan.
Hiện nay, có hai phương pháp thơng dụng cho việc dự đốn chuyển vị của tường và đất,
đó là phương pháp tra bảng kết hợp nội suy từ các dữ liệu kinh nghiệm ñã ñược ñúc kết phát
triển rộng rãi và phương pháp PTHH. Như chúng ta ñã biết, ñất là vật liệu khá phức tạp kết
cấu phi tuyến. Dù nhiều mơ hình độ cứng của đất phi tuyến được hiểu thơng suốt và kết hợp
với mơ hình PTHH nhưng vẫn cịn nhiều mơ hình với quan hệ phức tạp và các thông số thiếu
sự rõ ràng về mặt vật lý. Hơn nữa, việc phân tích tính tốn u cầu các thí nghiệm địa chất chi
tiết hơn và thời gian tính tốn của máy tính lâu hơn, dẫn đến sự lãng phí thời gian của kỹ sư
địa kỹ thuật. ðiều đó có thể giải thích tại sao thơng thường các kỹ sư thích dùng phương pháp
tra các biểu đồ thiết kế ñể xác ñịnh nhanh các chuyển vị sơ bộ.

3


Luận văn tốt nghiệp

Chương 1. Tổng quan vấn ñề
1.1.

Khái niệm về hố ñào và tường chắn

1.1.1. Phân loại hố ñào
Sự phân biệt giữa hố đào nơng và sâu hiện nay vẫn chưa rõ rệt. Có một số quan điểm

cho rằng hố ñào quá 5m ñược gọi là hố ñào sâu. Trong thực tế, người ta thường lấy giới hạn
6m làm cơ sở phân biệt hố đào nơng và sâu. Tuy nhiên, trong một vài trường hợp ñặt biệt, khi
ñộ sâu hố đào bé hơn 5m nhưng do được thi cơng trong điều kiện địa chất cơng trình và điều
kiện thủy văn phức tạp thì cũng được phân tích như ứng xử của hố ñào sâu.

1.1.2. Phân loại tường chắn hố ñào thường sử dụng
Tường chắn bằng ximăng ñất trộn ở tầng sâu: trộn cuỡng chế ñất với ximăng thành cọc
ximăng ñất, sau khi ñóng rắn sẽ thành tường chắn có dạng bản liền khối đạt cường độ
nhất định, thích hợp cho loại hố đào có độ sâu từ 3-5m.
Cọc bản thép, cừ Larsen: dùng máng thép sấp ngửa móc vào nhau hay cọc bản thép
khóa miệng bằng thép hình có mặt cắt chữ U và Z, ñược hạ vào ñất bằng cách đóng
hoặc rung, thích hợp cho loại hố đào sâu từ 3-10m.
Cọc bản bêtông cốt thép: cọc dài 6-12m, sau khi hạ cọc xuống ñất, người ta tiến hành cố
định đầu cọc bằng dầm vịng bêtơng cốt thép hay thanh neo, thích hợp cho loại hố đào
sâu từ 3-6m.
Cọc vây chắn đất: đường kính từ 0,3 - 1,0m, cọc dài 15-30m, làm thành tường chắn theo
kiểu hàng cọc, ñỉnh cọc cũng được cố định bằng dầm vịng bêtơng cốt thép, dùng cho
loại hố ñào sâu từ 6-13m.
Tường liên tục trong ñất: sau khi ñào hố ñào bằng các máy ñào chuyên dụng thành các
ñoạn có ñộ sâu nhất ñịnh (có sử dụng bentonite để ổn định thành hố đào), ñặt các lồng
thép chế tạo sẵn vào thì tiến hành ñổ bêtông cho từng ñoạn bằng các ống dẫn, dùng các
thiết bị nối chuyên dụng nối những ñoạn tường riêng biệt thành tường chắn đất bằng
bêtơng cốt thép đạt cường ñộ tương ñối cao, dùng cho hố ñào có ñộ sâu > 10m hay phải
thi cơng trong điều kiện phức tạp.

1.2.

ðặc điểm của cơng trình hố đào sâu

Cơng trình hố ñào phát triển cùng xu hướng cải tạo lại các thành phố cũ, gắn liền với

việc xây mới các công trình cao tầng. Các cơng trình này tập trung trong những khu dân cư
đơng đúc, khả năng giao thơng hạn chế, phần lớn là xây chen nên việc thi công hố đào rất khó
khăn. u cầu tất yếu đặt ra là hố đào phải đảm bảo tính ổn định, cũng như chuyển vị của hố
ñào phải ñược khống chế trong giới hạn cho phép, tránh gây tác ñộng xấu cho các cơng trình
hiện hữu lân cận.
Tính chất của đất đá thường thay ñổi trong khoảng rộng. Các hồ sơ khảo sát địa chất chỉ
cho thấy phần nào tính chất của ñất ñá mà thôi, không thể hiện ñầy ñủ ñược sự thay ñổi bất
thường về ñịa chất, thủy văn, … Cơng trình hố đào gắn bó chặt chẽ với sự thay đổi bất thường
đó. Do vậy, cơng tác thiết kế và thi cơng các cơng trình hố đào thường gặp nhiều khó khăn.
4


Luận văn tốt nghiệp
Cơng trình hố đào bao gồm nhiều khâu, nhiều giai đoạn thi cơng khác nhau. Do vậy, chỉ
cần thất bại trong một cơng đoạn nhỏ cũng có thể gây ra sự cố nghiêm trọng cho cả cơng
trình.
Cơng trình hố đào cũng chịu sự ảnh hưởng rất lớn từ việc thi cơng của các cơng trình lân
cận. Nếu các cơng trình lân cận đang tiến hành đóng cọc, hạ nước ngầm, đào đất … thì có thể
gây ảnh hưởng nghiêm trọng cho cơng trình hố móng, mặt khác phải trải qua nhiều lần mưa
to, nhiều lần chất tải, chấn động, tích lũy các sai phạm trong từng giai đoạn thi cơng. Do vậy,
tính ngẫu nhiên của mức độ an tồn là tương đối lớn, sự cố xảy ra thường dẫn ñến hậu quả
nghiêm trọng.

1.3.

Những yếu tố ảnh hưởng ñến chuyển vị hố ñào

1.3.1. Sự thay ñổi trạng thái ứng suất trong hố ñào
Sau khi ñã ñào xong hố móng, việc xây dựng cơng trình trong hố đào cũng gây ra độ lún
cho đáy hố móng. Trong khi đó, các chuyển vị ngang xuất hiện trong q trình đào móng vẫn

được duy trì một phần hay hồn tồn.

1.3.2. Kích thước hố đào
Hình dạng mặt bằng, kích thước mặt bằng và ñộ sâu hố ñào cũng gây ảnh hưởng lớn ñến
sự mở rộng, sự phân bố chuyển vị của ñất xung quanh và bên dưới đáy hố móng.

1.3.3. Mực nước ngầm
Tác ñộng của nước ngầm ñối với ñộ lún của ñất là rất ña dạng và xảy ra theo từng giai
đoạn khác nhau của q trình thi cơng đào đất. Dòng thấm là nguyên nhân làm giảm áp lực
nước ngầm, làm gia tăng ứng suất hữu hiệu và ñộ lún ngồi biên hố móng.

1.3.4. Ứng suất ban đầu trong đất
Trong các vùng ñất cao, tồn tại những ứng suất theo phương ngang ở trong ñất kiểu như
trong sét quá cố kết, giá trị của hệ số áp lực ñất lớn hơn K0, biến dạng của ñất xung quanh hố
ñào tăng, thậm chí xảy ra ngay trong cả những hố đào nơng. ðối với đất có tính nén thấp, giá
trị của hệ số áp lực ở trạng thái nghỉ là K0, biến dạng thường nhỏ hơn.

1.3.5. ðộ cứng của hệ chống ñỡ
Việc tăng ñộ cứng của hệ chống ñỡ làm giảm chuyển dịch của đất bên ngồi hố móng.
Tuy nhiên, việc gia tăng ñáng kể ñộ cứng của hệ chống ñỡ cũng chỉ có ý nghĩa làm ổn định hệ
kết cấu tường chắn.

1.3.6. Tác ñộng của việc gia tải trước
Việc gia tải trước cho cơng trình nhằm làm giảm độ lún bên ngồi cho các loại đất rời
hay sét có độ cứng trung bình và cứng. Ngồi ra, cũng có thể giảm dịch chuyển của ñất nếu
gia cường ñộ cứng của ñất bằng hiệu ứng trễ của ñường cong biến dạng - ứng suất của ñất

5



Luận văn tốt nghiệp
trong quá trình dỡ tải, kết hợp với sự gia tải và dỡ tải lặp ñi lặp lại trong các thanh chống và
giằng tại các vị trí chắn giữ.
Ngồi các ngun nhân chính trên đây, cịn có những yếu tố khác cũng ảnh hưởng ñến
chuyển vị của ñất quanh hố ñào, chẳng hạn như biện pháp thi cơng, kinh nghiệm thi cơng của
nhà thầu trong q trình thi cơng các hố đào sâu.

1.4.

Một số cơng trình hố ñào sâu trên thế giới và ở Việt Nam

1.4.1. Thế giới
Tại Matxcơva, người ta ñã xây dựng lần ñầu tiên một ga ra có sức chứa lên đến vài ngàn
ơtơ con. Người ta ñã tiến hành ñào 274000m3 ñất, ñổ 4000m3 bê tơng tại chỗ và
19500m3 bê tơng đúc sẵn. Phương án chắn giữ thành hố ñào ñược chọn là phương án
tường trong đất. Thời gian thi cơng các tường này lên ñến 06 tháng.
Tại Thái Lan: Hệ thống nhà ga xe ñiện ở Bangkok [21]
Chiều dài nhà ga 359m, ñược xây dựng bằng hệ thống tường dẫn trong ñất với các Mơ
đun: Bề dày:1,2m; Rộng: 3,0m; Chiều sâu: 44,5-55,0m.
Tại Malaysia: Tịa tháp đơi ở Malaysia [21]

Hình 1-1: Tịa tháp đơi Malaysia
Tồ tháp đơi của Malaysia có 29.000m2 tường trong ñất bằng bê tông cốt thép dày
0,8m, sâu 30m ñể làm tầng hầm. Dùng 2 loại cọc barrette 1,2×2,8 sâu từ 60-105m và cọc
0,8×2,8 sâu từ 40-60m.

6


Luận văn tốt nghiệp


1.4.2. Việt Nam
Cơng trình Nhà điều hành sản xuất cơng ty điện lực thành phố Hồ Chí Minh:
ðịa chỉ: số 35 đường Tơn ðức Thắng, Quận 1, Tp.HCM.
Cơng trình cao 86,4m, gồm 22 tầng lầu và 03 tầng hầm, có hố đào sâu đến
10m, đã dùng phương án tường trong ñất ñể chắn giữ thành hố ñào. Tường chắn liên tục
này được thi cơng bằng phương pháp top – down.
Tường trong ñất dày 0,6m, sâu 22m ñược dùng để chắn giữ cho mặt bằng
móng 53,45m×70,25m. Tường trong đất ở cơng trình này được thi cơng thành từng
Panel, sau đó ghép lại với nhau.
Trụ sở Vietcombank Hà Nội [21]
Cơng trình này 22 tầng và hai tầng hầm có hố móng sâu 11m, cũng dùng tường
sâu 18m, dày 0,8m.
Tổng diện tích tường 2500m2 kết hợp với 101 chiếc neo ñất ñặt ở hai cao trình
-2,3 m và -6,8m so với cao trình +11m ở mặt đất tự nhiên….
Cao ốc Harbour View [21]
Cao ốc Harbour View số 35 Nguyễn Huệ, Quận 1, Tp. Hồ Chí Minh là một
cao ốc gồm 20 tầng lầu và 3 tầng hầm. Diện tích đất xây dựng 25m×27m.
Mặt bằng xây dựng chật hẹp, hai mặt bên của cơng trình tiếp giáp với hai tịa
nhà 2 và 6 tầng đã có sẵn, hai mặt cịn lại tiếp giáp với hai ñường lớn thuộc trung tâm
TP. Hồ Chí Minh.
Tầng hầm của cơng trình có chiều sâu là 9,61m, được chắn giữ bằng các mơ
đun pannel liên kết với nhau thành hệ tường khép kín. Kích thước của một Mơ đun
pannel là: Bề rộng: 0,6m; Chiều dài: 2,8m; Chiều sâu tường: 22m

1.5.

Một số nghiên cứu về hố ñào sâu

1.5.1. Thế giới

ðầu tiên phải kể ñến tổng kết của Peck, năm 1969 [1], ơng cho rằng độ lún xung
quanh hố ñào ñạt 1% chiều sâu ñào khi ñào trong cát và sét từ mềm ñến cứng, và hơn 2%
cho sét yếu dầy. Tuy nhiên, với phương pháp thiết kế mô phỏng tốt và những công nghệ thi
công tạo những tường chắn cứng hơn như tường vây dầy và tường liên kết bởi các cọc nhồi
đường kính lớn, độ lún xung quanh hố ñào giảm dần.
Clough và O’Rourke [18] ñã dựa vào một số quan trắc về biến dạng của một số hố
ñào, ñã lập thành bảng, so sánh với ñộ cứng của tường chắn và tương quan giữa hệ số an
tồn với sự bùng nền. ðối với hố đào trong ñất sét mềm tới cứng vừa, Clough và O’Rourke
EI
u
ñã so sánh chuyển vị ngang lớn nhất đã chuẩn hố max với ñộ cứng của hệ tường: 4 .
z
γh

7


Luận văn tốt nghiệp

EI
γ h4

Hình 1-2: ðường cong thiết kế cho chuyển dịch tường lớn nhất
Trong đó:

E
I
H

là mơ đun đàn hồi của tường

là mô men chống uốn

là khoảng cách trung bình giữa các thanh chống
Các đường cong thể hiện quan hệ giữa các hệ số an toàn FS khác nhau với độ bùng nền.

FS =
Cơng thức tính hệ số an tồn:

N c su
γz + p

(1.1)

Trong đó:
z

γ
p

Chiều sâu hố đào
Tỉ trọng đất sét;
Tải trọng mặt đất

su

Sức chống cắt khơng thốt nước của ñất tại ñáy hố ñào

Nc

Hệ số phụ thuộc vào kích thước móng


Theo Brian Brenner, David L. Druss và Beatrice J. Nessen [2] nghiên cứu về sự
chuyển dịch ñất và ảnh hưởng của nó với cơng trình lân cận trong thi cơng đào đất đã đưa
ra nhận xét: Khi tổng chuyển vị của đất nền t<[t0]=0,2 in =5,08mm thì việc ñào ñất xem
như không ảnh hưởng ñến tất cả các cơng trình hiện hữu.

1.5.2. Việt Nam
Nguyễn Việt Tuấn: Dự báo sự chuyển dịch của đất nền xung quanh hố đào.
Hồng Thế Thao: Phân tích ứng xử giữa đất và tường cơng trình trạm bơm kênh
Nhiêu Lộc – Thị Nghè trong q trình thi cơng đào đất.
Hà Quốc Dũng [14], phân tích ứng xử đất và tường vây của hố đào sâu trong điều
kiện đất yếu ở TP. Hồ Chí Minh ñã ñưa ra một số kết quả:
Ứng xử về ứng suất – biến dạng giữa ñất và tường vây của cơng trình có hố
đào sâu trên mơ hình Cam Clay (Soft Soil Model) và Hardening Soil ñều cho kết quả
tốt, nhìn chung gần với thực tế.

8


Luận văn tốt nghiệp
Hình dạng đường chuyển vị giữa kết quả tính tốn và kết quả quan trắc gần
tương đồng nhau. Về giá trị, chuyển vị của tường theo kết quả tính tốn lớn hơn kết quả
quan trắc thực tế từ 1,10-1,83 lần.
Khi thi cơng ở các giai đoạn đầu, chuyển vị lớn nhất xảy ra ở vùng ñỉnh
tường. Khi thi cơng ở các giai đoạn sau, chuyển vị lớn nhất có xu hướng xảy ra ở vùng
có độ sâu từ 0,8H-1,2H. Chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây bằng 0,28-0,17%
chiều sâu ñào, tỉ lệ này giảm khi ñáy hố ñào vào các lớp ñất tốt.
Trần Thanh Tùng [15] đã nghiên cứu phương pháp tính tốn và kiểm tra ổn định
cơng trình tường trong đất bảo vệ hai tầng hầm của nhà 14 tầng, trên ñất yếu ở TP. Hồ Chí
Minh đã đưa ra được một số kết quả như sau:

Khi tính chuyển vị tường trong đất lấy mơ ñun ñàn hồi của các ñất dính
E=375cu (cu là lực dính đơn vị khơng thốt nước), mơ đun đàn hồi của lớp đất cát
E=766N (N là chỉ số SPT) thì kết quả tương ñối sát với quan trắc thực tế.
ðối với cơng trình tường trong đất bảo vệ hai tầng hầm (ñộ sâu khoảng 8m), ở
khu vực quận 7, TP. Hồ Chí Minh, khi bề dày của tường trong đất lớn hơn 0,8m thì khi
tăng bề dày tường thu được chuyển vị ngang giảm ít hơn so với khi tường nhỏ hơn
0,8m. Do vậy, với cơng trình tường trong đất bảo vệ hai tầng hầm của nhà cao tầng nên
chọn chiều dày tường là 0,8m. ðưa ra ñược quan hệ giữa chuyển vị ngang của tường và
chiều dày của tường.

Hình 1-3: Biểu ñồ quan hệ giữa chuyển vị ngang và bề dày của tường

9


Luận văn tốt nghiệp

Chương 2. Cơ sở lý thuyết tính tốn
2.1.

Lý thuyết áp lực đất chủ động, bị động

2.1.1. Phân loại áp lực ngang của đất
Khi tính tốn kết cấu chắn giữ, áp lực tác ñộng vào bề mặt tiếp xúc của kết cấu chắn giữ
với thể ñất ñược gọi là áp lực ñất. ðộ lớn và quy luật phân bố của áp lực đất có liên quan mật
thiết đến các nhân tố hướng và ñộ lớn của chuyển vị ngang của kết cấu chắn giữ, tính chất của
đất, độ cứng và ñộ cao của kết cấu chắn giữ. Nhưng việc xác ñịnh áp lực ñất dựa theo các yếu
tố nêu trên nhìn chung là khá phức tạp, do vậy hiện nay người ta vẫn dùng lý thuyết của
Coulomb với những hiệu chỉnh bằng số liệu thực nghiệm. Áp lực ngang của ñất ñược phân
thành các loại sau ñây:

Áp lực ñất tĩnh [5]: Nếu tường chắn ñất ñược duy trì ở trạng thái tĩnh tại bất động
(tường khơng dịch chuyển) thì áp lực đất tác động vào tường gọi là áp lực ñất tĩnh. Hợp lực
của áp lực ñất tĩnh tác dụng lên mỗi m dài tường chắn ñất ñược biểu thị bằng E0 (kN/m),
cường ñộ áp lực ñất tĩnh biểu thị bằng p0 (kPa). Áp lực đất tĩnh chính là ứng suất pháp có độ
lớn tăng tuyến tính theo chiều sâu, chính là ứng suất do trọng lượng bản thân.
Áp lực ngang của đất có khuynh hướng đẩy trượt kết cấu chắn giữ. Và khi kết cấu chắn
giữ bị trượt ra hay lấn vào khối ñất, khối ñất ñạt trạng thái cân bằng giới hạn dẻo và áp lực
ngang tương ứng của ñất ñạt cực trị, ñược gọi là áp lực ngang của ñất ở trạng thái cân bằng
phá hoại dẻo. Có hai loại áp lực ngang cực trị là:
Áp lực ñất chủ ñộng [1]: Nếu tường chắn ñất dưới tác ñộng của áp lực ñất lấp mà lưng
tường dịch chuyển theo chiều đất lấp, khi đó áp lực ñất tác ñộng vào tường sẽ từ giá trị áp lực
ñất ở trạng thái tĩnh mà giảm dần ñi. Khi thể ñất ở sau lưng tường ñạt ñến trạng thái cân bằng,
ñồng thời xuất hiện mặt trượt liên tục làm cho thể đất trượt xuống, khi đó áp lực đất giảm ñến
giá trị nhỏ nhất, gọi là áp lực ñất chủ ñộng, biểu thị bằng EA (kN/m) và pa (kPa).
Áp lực ñất bị ñộng [1]: Nếu tường chắn ñất dưới tác dụng của ngoại lực di ñộng theo
chiều ñất lấp, khi đó áp lực của khối đất phía sau lưng tường sẽ từ giá trị của áp lực ñất tĩnh
mà tăng dần lên, liên tục cho ñến khi thể ñất ñạt trạng thái cân bằng, ñồng thời xuất hiện mặt
trượt liên tục, thể đất ở phía sau lưng tường bị chèn đẩy lên. Khi đó, áp lực đất tăng đến trị số
lớn nhất, gọi là áp lực ñất bị ñộng, biểu thị bằng EP (kN/m) và pp (kPa).

Hình 2-1: Sự thay ñổi áp lực ngang của ñất theo ñộ dịch chuyển của tường chắn
10


Luận văn tốt nghiệp

0.1.1. Lý thuyết Mohr-Rankine [5]
2.1.1.1.

ðối với ñất rời (c = 0)


Tại một ñiểm bất kỳ ở dưới mặt nằm ngang, ứng suất có hiệu lấy bằng:

-

Ứng suất thẳng ñứng σ 'v = σ '1

-

Ứng suất nằm ngang σ 'h = σ '3

Các vòng tròn Mohr biểu thị hai trạng thái cân bằng dẻo có thể có, đều tiếp xúc với
đường bao phá hoại bởi vì chúng đều quan hệ với một ñiều kiện giới hạn.
Các ñiểm A và C biểu thị trạng thái ứng suất hông tương ứng với trạng thái chủ ñộng và
bị ñộng:
OA = σ’ha – Áp lực hơng chủ động; Khi nở hơng sẽ dẫn tới σ’ha < σ’v
OC = σ’hp – Áp lực hơng bị động; Khi nén hơng sẽ dẫn tới σ’hp > σ’v

Hình 2-2: Các trạng thái cân bằng giới hạn dẻo của Rankine
a)Trạng thái chủ ñộng

b) Trạng thái bị ñộng

Từ vịng trịn Mohr, mặt phá hoại được định hướng tương ứng bởi góc αa và αp:
1
2

1
2


α a = (2α ) = (900 + ϕ ' ) = (450 +
αp =

ϕ'
2

)

1
1
ϕ'
(180 0 − 2α ) = [180 0 − (90 0 + ϕ ' ) = ( 45 0 − )
2
2
2

(2.1)

(2.2)

11


Luận văn tốt nghiệp
Quan hệ giữa áp lực hông giới hạn và ứng suất thẳng ñứng ñược biểu thị bằng hệ số áp
lực đất:
σ’ha=Ka σ’v

(2.3)


σ’hp=Kp σ’v

(2.4)

Trong đó:
Ka
Kp

là hệ số áp lực ñất chủ ñộng
là hệ số áp lực ñất bị ñộng

Theo quan hệ lượng giác, hệ số áp lực ñất có thể biểu diễn qua góc ma sát trong ϕ’ của
ñất:

σ ' ha OA
=
σ 'v OB

(2.5)

1 − sinϕ'
ϕ'
= tg 2 (450 − )
1 + sinϕ'
2

(2.6)

1 + sinϕ'
ϕ'

= tg2 (450 + )
1− sinϕ'
2

(2.7)

Ka =
Qua biến đổi hình học ta được:

Ka =
Tương tự, ta được:

Kp =
2.1.1.2.
(a)

ðối với đất dính (c ≠ 0):
ðiều kiện thốt nước

Lý thuyết ban đầu của Rankine chỉ giải quyết áp lực trong vật liệu hạt (có ma sát) và
khơng xem xét đến lực dính. Trong điều kiện khơng thốt nước và trong đất q cố kết, độ
bền sức chống cắt được biểu diễn tồn bộ hay một phần bằng lực dính biểu kiến (cu hay c’).
Dựa trên phương pháp Rankine, năm 1915, Bell cơng bố lời giải có lực dính thể hiện bằng
một đoạn trên trục độ bền sức chống cắt.

Hình 2-3: Vịng trịn Mohr cho áp lực chủ động trong đất dính
12


Luận văn tốt nghiệp

Ta thấy được vịng trịn Mohr cùng với ñường bao phá hoại cho ñất quá cố kết. Như
trong trường hợp đất khơng dính, điểm xuất phát là tỷ số của các ứng suất có hiệu:

PA c' ctgϕ'+σ 'ha
=
PB c' ctgϕ'+σ 'v

(2.8)

PA PF − AF 1 − FD/ PF 1 − sinϕ'
=
=
=
= Ka
PB PF + BF 1 + FD/ PF 1 + sinϕ'

(2.9)

Mặt khác ta có:

Áp lực chủ ñộng:

σ 'ha = Kaσ 'v − 2c ' Ka
2.10)
Áp lực bị ñộng:

σ 'hp = K pσ 'v + 2c ' K p
(2.11)
(b)


ðiều kiện khơng thốt nước

Các phương trình trên được dùng khi đất làm việc có thốt nước, biểu thị ñiều kiện lâu
dài của cân bằng dẻo giới hạn. Với bài tốn cân bằng khơng thốt nước (tức thời) trong đất
bão hịa, góc ma sát ϕu =0, do đó Ka=Kp=1 cho nên áp lực hơng tổng bằng:
Áp lực chủ động:
σ ha = σ v − 2 cu

(2.12)
Áp lực bị ñộng:

σhp =σv +2cu
(2.13)

2.1.2. Lý thuyết Coulomb [5]
2.1.2.1.
(a)

Áp lực chủ ñộng:
ðiều kiện thốt nước (c’ = 0):

Xem xét lăng thể đất, khi tường hơi dịch chuyển dẫn ñến ñất ở trạng thái chủ động và
nêm có xu hướng di chuyển về phía tường. Lúc xảy ra như vậy, nêm trượt xuống theo mặt
tường AB và dọc theo mặt phá hoại BC. Các lực tác dụng lên nêm ở trạng thái cân bằng dẻo
giới hạn này cùng với tam giác lực ñược như hình vẽ.
W =

1
γ sin( β + θ ). AB. AC
2


(2.14)
13


Luận văn tốt nghiệp

Hình 2-4: Lý thuyết nêm của Coulomb
a) Mặt cắt b) Các lực tác dụng lên nêm
Trong đó:
W
Pa
R

là trọng lượng của nêm ñất (với ñất ñồng nhất);
là cường ñộ áp lực ñất chủ ñộng tác dụng lên tường;
là phản lực của đất;

α

là góc của mặt phẳng phá hoại;

δ

là góc ma sát giữa tường và đất;

β

là góc nghiêng của mặt đất;


θ

là góc nghiêng của lưng tường;

ϕ’

là góc ma sát trong của đất;

γ

là trọng lượng đơn vị của đất;

Cơng thức tổng quát cho hệ số áp lực chủ ñộng Ka:

sin(θ − ϕ ')


sin θ
Ka = 
sin (ϕ '+ δ ) sin(ϕ '− β )

 sin (θ + δ ) +
sin(θ − β )











2

(2.15)

Trong trường hợp tường nhẵn thẳng ñứng và mặt ñất nằm ngang δ=0, θ=900 và
β=0:

Ka =

(b)

1 − sinϕ'
ϕ'
= tg 2 (450 − )
1 + sinϕ'
2

(2.16)

ðiều kiện khơng thốt nước (ϕu=0):

ðiều kiện khơng thốt nước giả định xảy ra ở sau tường trong đất sét bão hịa khi thời
gian thi công nhanh, ngắn ngày hoặc áp lực nước lỗ rỗng thặng dư chưa giảm trong một thời
gian sau đó. Trong các trường hợp như thế, người ta xem xét sự ổn ñịnh ngắn ngày với ứng
suất tổng và ñộ bền cắt khơng thốt nước của đất, tức là τ = cu và ϕu =0. Nghiên cứu trường
hợp không phức tạp của một tường nhám thẳng ñứng và mặt ñất nằm ngang. Một mặt phẳng
14