Nghiên cứu lựa chọn quy trình kích trước trong thiết kế hệ chống vách tường vây dự án nhà gia Bason Quận 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

---------------------------

NGUYỄN HỮU PHÚC

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN QUY TRÌNH KÍCH TRƯỚC

TRONG THIẾT KẾ HỆ CHỐNG VÁCH TƯỜNG VÂY

DỰ ÁN NHÀ GA BASON, QUẬN 1

LUẬN VĂN THẠC SỸ XÂY DỰNG

TP. Hồ Chí Minh, Năm 2018

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng luận văn “Nghiên cứu lựa chọn quy trình kích trước

trong thiết kế hệ chống vách tường vây dự án nhà ga Bason, quận 1” là công trình

nghiên cứu của riêng tôi và thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS.

Dương Hồng Thẩm. Các số liệu trong đề tài này được thu thập và sử dụng một cách

trung thực. Kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn này không sao chép của

bất cứ luận văn nào và cũng chưa được trình bày hay công bố ở bất cứ công trình

nghiên cứu nào khác trước đây.

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2018

Học viên

Nguyễn Hữu Phúc

ii

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể quý Thầy cô khoa

Xây Dựng và Điện, Khoa sau đại học, Trường Đại học Mở TP Hồ Chí Minh đã tận

tình giảng dạy và truyền đạt những bài học, những kinh nghiệm chuyên ngành quý

giá, giúp em có đầy đủ nền tảng kiến thức để thực hiện đề tài nghiên cứu này.

Tiếp theo, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và lòng biết ơn sâu sắc đến

PGS.TS Dương Hồng Thẩm, thầy đã truyền đạt kiến thức, hướng dẫn tận tâm,

định hướng cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu. Đồng thời,

em cũng xin gửi đến lòng biết ơn sâu sắc vì những nhận xét và góp ý thật sự bổ ích

của thầy để tác giả hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu này.

Sau cùng, em xin gửi lời biết ơn chân thành, sâu sắc đến gia đình và bạn bè,

đồng nghiệp về sự quan tâm, giúp đỡ, động viên, ủng hộ tác giả trong suốt chặn

đường thực hiện đề tài nghiên cứu này.

Luận văn thạc sĩ đã hoàn thành trong thời gian quy định với sự nỗ lực của bản

thân, tuy nhiên không thể không có những thiếu sót. Kính mong quý Thầy Cô chỉ

dẫn thêm để em bổ sung những kiến thức và hoàn thiện bản thân mình hơn.

Xin trân trọng cảm ơn.

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2018

Học viên

Nguyễn Hữu Phúc

iii

TÓM TẮT

Luận văn trình bày nghiên cứu quy trình kích trước trong thiết kế hệ chống

vách tường vây khi thi công hố đào sâu của công trình “Tuyến tàu điện ngầm số 1

(Bến thành - Suối Tiên) - Nhà ga Bason”. Công trình này gồm 2 tầng hầm với

chiều sâu đào đất là 14.566m, được chống đỡ bằng 4 tầng thanh chống. Luận văn sử

dụng mô hình phần tử hữu hạn Plaxis 2D với ứng xử mô hình đất Hardening Soil.

Trình tự nghiên cứu trong luận văn: Chạy bài toán không gia tải kích với mô

hình đất được hiệu chỉnh; Giải bài toán phân tích ngược tìm bộ thông số đất phù

hợp; Chạy bài toán với giá trị lực kích trong các hệ chống khác nhau; Phân tích rút

ra nhận xét, kết luận.

Kết quả đạt được: Kích trước có tác dụng làm giảm chuyển vị ngang tường

vây; Khi gia tải kích cho hệ chống, nội lực mômen tường vây thay đổi: mômen bên

trong tường vây bên trên hố đào giảm, mômen bên ngoài tường vây bên trên hố đào

tăng, mômen bên ngoài tường vây bên dưới hố đào giảm; Khi áp đặt lực kích ở một

tầng chống nội lực (lực nén) trong tầng chống tăng lên, nội lực hệ chống liền kề có

xu hướng giảm.

iv

MỤC LỤC

Lời cam đoan ...........................................................................................................i

Lời cảm ơn .............................................................................................................ii

Tóm tắt ................................................................................................................. iii

Mục lục .................................................................................................................iv

Danh mục các hình vẽ và đồ thị .............................................................................vi

Danh mục các bảng biểu ......................................................................................xvi

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU...................................................................................1

1.1. Giới thiệu chung, tính cấp thiết của đề tài ........................................................1

1.2. Đối tượng nghiên cứu ......................................................................................1

1.3. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................2

1.4. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................2

1.5. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................3

1.6. Giới hạn của nghiên cứu ..................................................................................3

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU.................................4

2.1. Giới thiệu hố đào sâu .......................................................................................4

2.1.1. Đặc điểm ..................................................................................................4

2.1.2. Phân loại hố đào .......................................................................................4

2.1.3. Các phương pháp đào phổ biến .................................................................6

2.2. Cấu tạo hệ chống hố đào sâu ............................................................................8

2.3. Các loại tường hố đào sâu thường sử dụng .......................................................9

2.3.1. Soldier pile: cọc chống .............................................................................9

2.3.2. Sheet pile: cọc cừ ....................................................................................10

2.3.3. Column pile: cọc làm việc như cột ..........................................................11

2.3.4. Cement deep mixing: cọc xi măng đất ....................................................12

2.3.5. Diaphragm walls: tường vây ...................................................................12

2.4. Các kết quả nghiên cứu trước đây ..................................................................14

v

2.4.1. Những nghiên cứu trong nước ................................................................14

2.4.2. Những nghiên cứu trên thế giới ..............................................................16

2.5. Kết luận .........................................................................................................18

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...................................................................19

3.1. Phân tích bài toán hố đào sâu bằng phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng phần

mềm Plaxis ...........................................................................................................19

3.1.1. Quan hệ thoát nước và không thoát nước ................................................19

3.1.2. Mô hình đàn hồi dẻo lý tưởng Mohr-Coulomb ........................................22

3.1.3. Mô hình tăng bền đẳng hướng Hardening Soil ........................................24

3.1.4. So sánh giữa mô hình Mohr-Coulomb và mô hình Hardening Soil .........31

3.1.5. Thông số đầu vào của đất nền .................................................................31

3.1.6. Điều kiện biên cho bài toán ....................................................................36

3.1.7. Chia lưới phần tử trong Plaxis ................................................................38

3.2. Chuyển vị tường vây ......................................................................................40

3.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang ............................................40

3.2.2. Cơ chế phát sinh chuyển vị tường vây ....................................................41

3.2.3. Chuyển vị cho phép của tường vây .........................................................42

3.2.4. Hệ số ổn định tổng thể ............................................................................44

3.2.5. Ổn định đáy hố đào .................................................................................45

3.3. Hiện tường phá hoại xói ngầm (sand boiling) ................................................45

3.4. Ứng xử không gian của quá trình thi công tầng hầm ......................................49

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU CÔNG TRÌNH CỤ THỂ ...................................51

4.1. Thực trạng công trình nghiên cứu ..................................................................51

4.1.1. Đặc điểm công trình nghiên cứu .............................................................51

4.1.2. Điều kiện địa chất công trình ..................................................................52

4.1.3. Trình tự thi công tầng hầm ......................................................................53

4.2. Mô phỏng bài toán .........................................................................................61

vi

4.2.1. Thông số đầu vào của bài toán ................................................................61

4.2.2. Mô phỏng bài toán không gia tải kích .....................................................65

4.2.3. Mô phỏng bài toán phân tích ngược ........................................................71

4.2.4. So sánh kết quả giữa bài toán gia tải kích và không gia tải kích ..............78

4.2.5. Giải bài toán gia tải kích theo các trường hợp .........................................87

A. Tổ hợp I ..................................................................................................89

B. Tổ hợp II .................................................................................................94

C. Tổ hợp III ................................................................................................99

D. Tổ hợp IV ..............................................................................................104

4.2.5. Giải bài toán gia tải kích theo các trường hợp .........................................87

4.2.6. So sánh kết quả các tổ hợp ....................................................................109

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................122

5.1. Kết luận .......................................................................................................122

5.2. Kiến nghị .....................................................................................................123

vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 2.1. Đào thẳng đứng .......................................................................................4

Hình 2.2. Đào có dốc ..............................................................................................4

Hình 2.3. Biện pháp đào đất sử dụng cừ Larsen, tường vây

kết hợp hệ giằng chống ...........................................................................................5

Hình 2.4. Thi công đào mở không có hệ chống .......................................................6

Hình 2.5. Thi công đào mở sử dụng cừ Larsen, tường vây

kết hợp hệ giằng chống ...........................................................................................7

Hình 2.6. Thi công đào Top-Down .........................................................................8

Hình 2.7. Cấu tạo hệ giằng chống (Nguồn: Công ty Hirose Maruken Vietnam).......9

Hình 2.8. Soldier pile - Cọc chống ........................................................................10

Hình 2.9. Sheet pile - Cọc cừ ................................................................................11

Hình 2.10. Cọc khoan nhồi ...................................................................................12

Hình 3.1. Biểu đồ quan hệ ứng suất - Biến dạng

(làm việc đàn hồi và dẻo lý tưởng) ........................................................................22

Hình 3.2. Mặt phá hoại MC trong không gian ứng suất .........................................23

Hình 3.3. Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng theo hàm Hyperbolic trong

thí nghiệm nén 3 trục thoát nước ..........................................................................26

Hình 3.4. Các đường cong dẻo ứng với các giá trị p  khác nhau ..........................27

Hình 3.5. Định nghĩa mô đun ref Eoed trong thí nghiệm nén cố kết ............................28

Hình 3.6. Các mặt dẻo trong mặt phẳng ( q p

 ) của mô hình HS .........................29

Hình 3.7. Mặt dẻo trong không gian ứng suất chính của mô hình HS (c=0) ..........29

Hình 3.8. Đường cong biến dạng có kể đến sự kết thúc giãn nở

trong thí nghiệm 3 trục thoát nước ........................................................................30

Hình 3.9. Hình mô tả mặt bằng và mặt cắt để phân tích điều kiện biên

(Nguồn: Ou. Chang-Yu, 2006) .............................................................................36

Hình 3.10. Điều kiện biên lưới phần tữ hữu hạn ...................................................37

viii

Hình 3.11. Khoảng cách biên yêu cầu khi phân tích chuyển vị của tường hay độ lún

nền .......................................................................................................................38

Hình 3.12. Kích thước hình học hố đào khi mô hình bằng phần mềm Plaxis .........38

Hình 3.13. Định nghĩa tỉ lệ L/B của một phần tử ..................................................39

Hình 3.14. Lưới phần tử hữu hạn trong phân tích hố đào sâu ................................40

Hình 3.15. Mối quan hệ giữa biến dạng của tường chắn với

cây chống có độc ứng lớn .....................................................................................41

Hình 3.16. Mối quan hệ giữa biến dạng của tường chắn với

cây chống có độ cứng nhỏ ....................................................................................42

Hình 3.17. Mối quan hệ giữa chuyển vị lớn nhất của tường chắn và

độ sâu hố đào (Ou et al., 1993) .............................................................................42

Hình 3.18. Một số cơ chế phá hoại do mất ổn định tổng thể ..................................44

Hình 3.19. Sơ đồ kiểm tra xói ngầm đáy hố đào (tiêu chuẩn Eurocode 7 ) ............45

Hình 3.20. Sơ đồ kiểm tra bùng nền đáy hố đào

(phương pháp Gradient thủy lực tới hạn) ..............................................................46

Hình 3.21. Sơ đồ kiểm tra bùng nền đáy hố đào (phương pháp Terzaghi) .............47

Hình 3.22. Biểu đồ cho đất cát rời, mịn và biên không thấm là vô hạn

(không có biên không thấm) .................................................................................48

Hình 3.23. Biểu đồ cho đất cát rời, mịn và có tồn tại biên không thấm bên dưới ...49

Hình 3.24. Ảnh hưởng hiệu ứng vòm trong thi công tường vây ............................50

Hình 3.25. Các vùng ứng xử biến dạng phẳng và ứng xử không gian

trong hố đào .........................................................................................................50

Hình 4.1. Mặt bằng bố trí hệ thanh chống .............................................................51

Hình 4.2. Mặt cắt bố trí hệ thanh chống ................................................................52

Hình 4.3. Mặt cắt địa chất công trình ....................................................................53

Hình 4.4. Mặt bằng thi công tường vây .................................................................53

Hình 4.5. Mặt bằng thi công đào đất lớp 1 ............................................................54

Hình 4.6. Mặt bằng thi công lắp giằng lớp 1 .........................................................54

Hình 4.7. Mặt bằng thi công đào đất lớp 2 ............................................................55

ix

Hình 4.8. Mặt bằng thi công lắp giằng lớp 2 .........................................................55

Hình 4.9. Mặt bằng thi công đào đất lớp 3 ............................................................56

Hình 4.10. Mặt bằng thi công lắp giằng lớp 3 .......................................................56

Hình 4.11. Mặt bằng thi công đào đất và lắp giằng lớp 4 ......................................57

Hình 4.12. Mặt cắt thi công đào đất, đổ bê tông lót và sàn đáy .............................57

Hình 4.13. Mặt cắt thi công tháo giằng .................................................................58

Hình 4.14. Mặt cắt thi công cột và sàn sảnh chờ ...................................................58

Hình 4.15. Mặt cắt thi công tháo giằng lớp 2 ........................................................59

Hình 4.16. Mặt cắt thi công đổ cột và sàn mái ......................................................59

Hình 4.17. Mặt cắt thi công tháo giằng lớp 1 ........................................................60

Hình 4.18. Mặt cắt thi công đắp đất ......................................................................60

Hình 4.19. Kết quả mô hình Plaxis bài toán hố đào ...............................................65

Hình 4.20. Chuyển vị ngang tường vây giữa mô hình và quan trắc cho lần đào đất

lần 1, 2 ..................................................................................................................68

Hình 4.21. Chuyển vị ngang tường vây giữa mô hình và quan trắc cho lần đào đất

lần 3 .....................................................................................................................68

Hình 4.22. Chuyển vị ngang tường vây giữa mô hình và quan trắc cho lần đào đất

lần 4 .....................................................................................................................69

Hình 4.23. Chuyển vị ngang tường vây giữa mô hình và quan trắc cho lần đào đất

lần 5 .....................................................................................................................69

Hình 4.24. Chuyển vị ngang tường vây giữa mô hình và kết quả quan trắc qua các

chu kỳ đào đất lắp hệ chống ..................................................................................70

Hình 4.25. Chuyển vị ngang tường vây giữa mô hình và quan trắc cho lần đào đất

lần 1, 2 ..................................................................................................................74

Hình 4.26. Chuyển vị ngang tường vây giữa mô hình và quan trắc cho lần đào đất

lần 3, 4 ..................................................................................................................75

Hình 4.27. Chuyển vị ngang tường vây giữa mô hình và quan trắc cho lần đào đất

lần 5 .....................................................................................................................75

x

Hình 4.28. Chuyển vị ngang tường vây giữa mô hình và kết quả quan trắc qua các

chu kỳ đào đất lắp hệ chống ..................................................................................76

Hình 4.29. Biểu đồ bao mômen cho các giai đoạn thi công mô hình Plaxis ...........77

Hình 4.30. Chuyển vị ngang tường vây giữa bài toán mô hình Plaxis kích theo thiết

kế và bài toán không gia tải kích qua các chu kì ...................................................79

Hình 4.31. Biểu đồ bao mômen giữa bài toán gia tải kích và không gia tải kích qua

các giai đoạn thi công ...........................................................................................80

Hình 4.32. Chuyển vị ngang tường vây các giai đoạn thi công tổ hợp I (TH1-TH4)

..............................................................................................................................92

Hình 4.33. Biểu đồ bao momen các giai đoạn thi công tổ hợp I (TH1-TH4) .........93

Hình 4.34. Chuyển vị ngang của tường vây qua các giai đoạn thi công TH5-TH8 97

Hình 4.35. Biểu đồ bao momen các giai đoạn thi công TH5-TH8 .........................98

Hình 4.36. Chuyển vị ngang của tường vây qua các giai đoạn thi công TH9-TH12

............................................................................................................................102

Hình 4.37. Biểu đồ bao momen các giai đoạn thi công TH9-TH12 .....................103

Hình 4.38. Chuyển vị ngang của tường vây qua các giai đoạn thi công TH13-TH16

............................................................................................................................107

Hình 4.39. Biểu đồ bao momen các giai đoạn thi công TH13-TH16 ...................108

Hình 4.40. Chuyển vị ngang tường vây tại cao độ hệ chống HG4, giai đoạn đào đất

lần 5 với lực kích hệ chống HG4 thay đổi ...........................................................116

Hình 4.41. Mômen lớn nhất tường vây (bên trong hố đào) giai đoạn đào đất lần 5

với lực kích hệ chống HG4 thay đổi ...................................................................117

Hình 4.42. Nội lực hệ chống HG4 giai đoạn đào đất lần 5 với lực kích

hệ chống HG4 thay đổi .......................................................................................118

Hình 4.43. Nội lực hệ chống HG2, HG3, HG4 giai đoạn đào đất lần 5 với lực kích

hệ chống HG4 thay đổi .......................................................................................118

Hình 4.44. Đồ thị thể hiện chuyển vị ngang tại các cao độ tầng chống 1, 2, 3 và 4 ở

giai đoạn đào đất lần 5 của tổ hợp I ....................................................................119

xi

Hình 4.45. Đồ thị thể hiện chuyển vị ngang tại các cao độ tầng chống 1, 2, 3 và 4 ở

giai đoạn đào đất lần 5 của tổ hợp II ...................................................................120

xii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1. Miền giá trị của mô đun E ứng với các loại đất

khác nhau (Bowles, 1988) ....................................................................................32

Bảng 3.2. Các giá trị điển hình của mô đun E .......................................................33

Bảng 3.3. Hệ số thấm k của một số loại đất ..........................................................33

Bảng 3.4. Các giá trị điển hình của hệ số Poisson .................................................34

Bảng 3.5. Góc ma sát trong của cát theo chỉ số NSPT ...........................................35

Bảng 3.6. Các giá trị điển hình của ', c' và u c ..................................................35

Bảng 3.7. Bảng tra hệ số Rint er .............................................................................36

Bảng 3.8. Chuyển vị tường chắn và mức độ ảnh hưởng đến công trình lân cận .....43

Bảng 4.1. Bảng phân loại và đặc điểm các lớp đất hố khoan U-180 ......................52

Bảng 4.2. Bảng thông số đầu vào của tường vây ...................................................61

Bảng 4.3. Bảng thông số đầu vào của thanh chống và hệ giằng ngang ..................62

Bảng 4.4. Bảng thông số đầu vào của sàn tầng hầm ..............................................62

Bảng 4.5. Bảng thông số đất (hiệu chỉnh) sử dụng để mô hình bài toán hố đào .....63

Bảng 4.6. Lịch sử đào đất từng giai đoạn tương ứng với chu kỳ quan trắc tường vây

..............................................................................................................................65

Bảng 4.7. Chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây của bài toán không gia tải kích

..............................................................................................................................66

Bảng 4.8. Nội lực thanh chống (kN/m) các giai đoạn thi công-Bài toán không gia tải

kích ......................................................................................................................66

Bảng 4.9. Nội lực thanh chống (kN) các giai đoạn thi công - Bài toán không gia tải

kích ......................................................................................................................67

Bảng 4.10. Nội lực max của hệ chống các giai đoạn thi công bài toán không gia tải

kích ......................................................................................................................67

Bảng 4.11. Các chu kỳ bài toán phân tích ngược qua các giai đoạn đào đất lắp hệ

chống ....................................................................................................................72

xiii

Bảng 4.12. Chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây của bài toán gia tải kích theo

thiết kế ..................................................................................................................72

Bảng 4.13. Nội lực thanh chống (kN/m) các giai đoạn thi công - Bài toán gia tải

kích trước .............................................................................................................73

Bảng 4.14. Nội lực thanh chống (kN) các giai đoạn thi công - Bài toán gia tải kích

trước .....................................................................................................................73

Bảng 4.15. Nội lực max của hệ chống các giai đoạn thi công bài toán gia tải kích 74

Bảng 4.16. Chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây giữa bài toán gia tải kích theo

thiết kế và bài toán không gia tải kích ...................................................................81

Bảng 4.17. Tỷ lệ chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây giữa bài toán gia tải kích

theo thiết kế và bài toán không gia tải kích ...........................................................81

Bảng 4.18. Tổng hợp nội lực hệ chống các giai đoạn thi công bài toán gia tải kích

theo thiết kế và bài toán không gia tải kích ...........................................................82

Bảng 4.19. Khả năng chịu lực so với nội lực các thanh chống bài toán không gia tải

kích theo TCXDVN 5575-2012 ............................................................................86

Bảng 4.20. Các trường hợp giá trị lực kích (%) trong các hệ chống ......................88

Bảng 4.21. Các trường hợp giá trị lực kích (kN/m) trong các hệ chống .................89

Bảng 4.22. Chuyển vị ngang tường vây tại các cao độ thanh chống

tổ hợp I (TH1-TH4) qua các chu kỳ .....................................................................90

Bảng 4.23. Mômen tường vây max và tại cao độ các thanh chống

tổ hợp I (TH1-TH4) qua các chu kỳ ......................................................................90

Bảng 4.24. Nội lực lớn nhất thanh chống trong các trường hợp

tổ hợp I (TH1 – TH4) ...........................................................................................91

Bảng 4.25. Nội lực thanh chống giai đoạn đào đất lần 4 – lắp HG4 – kích,

đào lần 5 các trường hợp của tổ hợp I ...................................................................91

Bảng 4.26. Chuyển vị ngang tường vây tại các cao độ thanh chống

tổ hợp II (TH5-TH8) .............................................................................................95

Bảng 4.27. Nội lực momen tường vây max và tại các cao độ thanh chống

tổ hợp II (TH5-TH8) .............................................................................................95