Phân tích ảnh hưởng của chiều dài tường vây trong cát đến chuyển vị tường vây và ổn định hố đào chung cư Nguyễn Kim, Phường 7, Quận 10 Thành Phố Hồ chí Minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

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

NGUYỄN MINH VIỆT

PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU DÀI TƯỜNG VÂY

TRONG CÁT ĐẾN CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY VÀ ỔN ĐỊNH

HỐ ĐÀO CHUNG CƯ NGUYỄN KIM,

PHƯỜNG 7, QUẬN 10, TP.HCM

Chuyên ngành : Xây dựng Công trình dân dụng và Công nghiệp

Mã số chuyên ngành : 60 58 02 08

LUẬN VĂN THẠC SỸ XÂY DỰNG

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS. TRẦN TUẤN ANH

TP. Hồ Chí Minh, Năm 2017

Ý KIẾN CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Học viên Nguyễn Minh Việt đã có cố gắng và hoàn thành bài luận văn “Phân tích

ảnh hưởng của chiều dài tường vây trong cát đến chuyển vị tường vây và ổn

định hố đào Chung cư Nguyễn Kim, Phường 7, Quận 10, Tp.HCM”. Luận văn

đạt yêu cầu, kính đề nghị khoa sau đại học tổ chức cho học viên Nguyễn Minh Việt

được bảo vệ luận văn trước hội đồng chấm luận văn.

Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 04, năm 2017

Ký tên

TS. Trần Tuấn Anh

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan rằng luận văn này “Phân tích ảnh hưởng của chiều dài tường vây

trong cát đến chuyển vị tường vây và ổn định hố đào Chung cư Nguyễn Kim,

Phường 7, Quận 10, Tp.HCM” là bài nghiên cứu của chính tôi.

Ngoài trừ những tài liệu tham khảo được trích dẫn trong luận văn này, tôi cam đoan

rằng toàn phần hay những phần nhỏ của luận văn này chưa từng được công bố hoặc

được sử dụng để nhận bằng cấp ở những nơi khác.

Không có sản phẩm/ nghiên cứu nào của người khác được sử dụng trong luận văn

này mà không được trích dẫn theo đúng quy định.

Luận văn này chưa bao giờ được nộp để nhận bất kỳ bằng cấp nào tại các trường đại

học hoặc cơ sở đào tạo khác.

TP. Hồ Chí Minh, 2017

Nguyễn Minh Việt

ii

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy

TS. Trần Tuấn Anh; Thầy đã trực tiếp hướng dẫn tôi trong quá trình học tập và

làm luận văn. Thầy đã cho tôi những lời khuyên, sự định hướng trong quá trình

nghiên cứu, thực hiện luận văn này. Chính sự tận tâm của Thầy đã tạo thêm nhiều

động lực để tác giả hoàn thành luận văn.

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy Cô trong khoa Xây dựng và Điện

trường Đại Học Mở Tp. Hồ Chí Minh đã giảng dạy và truyền đạt những kiến thức

quý báu trong suốt quá trình học tập.

Tôi cũng gửi lời cám ơn đến các anh, chị, em trong phòng kỹ thuật Công ty

Hòa Bình, đặc biệt là anh Huỳnh Quốc Vũ đã tạo thuận lợi cho tôi về thời gian cũng

như sắp xếp công việc hợp lý để tôi có điều kiện hoàn thành luận văn này.

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến những người thân trong gia đình, bạn

bè đã luôn động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện giúp tôi hoàn thành luận

văn. Một lần nữa xin gửi đến quý Thầy Cô, Gia đình và bạn bè lòng biết ơn sâu

sắc.

Tp. Hồ Chí Minh, năm 2017

NGUYỄN MINH VIỆT

iii

TÓM TẮT

Trên con đường công nghiệp hóa- hiện đại hóa đất nước, cùng với quá trình

đô thị hóa dẫn đến nhà cao tầng ngày càng được xây dựng nhiều hơn. Hơn thế nữa ở

các thành phố lớn (như Hà Nội, Tp. HCM,…) nhu cầu bãi đổ xe ngày càng trở nên

cấp bách. Vì vậy nhu cầu xây dựng tầng hầm là nhu cấp cấp thiết. Trong quá trình

thiết kế tầng hầm, việc lựa chọn kích thước và chiều dài tường vây là hết sức quan

trọng. Đặc biệt khi tường vây nằm trong đất cát không chắn được dòng chảy hoàn

toàn thì việc cân nhắc chiều dài tường vây là vấn đề rất quan trọng để không những

đảm bảo an toàn mà còn phải tiết kiệm cho Chủ đầu tư.

Tuy nhiên trong thực tế tính toán, các nhà thiết kế thường chỉ quan tâm đến

nội lực tường vây và hệ chống mà ít quan tâm sâu sắc đến hệ số an toàn ổn định

tổng thể cũng như hệ số ổn định đáy hố đào. Do vậy Luận văn này đi giải quyết một

bài toán tổng thể là: “ Phân tích ảnh hưởng của chiều dài tường vây trong cát

đến chuyển vị tường vây và ổn định hố đào Chung cư Nguyễn Kim, Phường 7,

Quận 10, Tp.HCM ”. Từ đó giúp cho các Chủ đầu tư, đơn vị Thiết kế cũng như

Nhà thầu thi công có thêm tài liệu tham khảo khi thiết kế hay lựa chọn chiều dài

tường vây.

Dự án Chung Cư Nguyễn Kim tọa lạc tại Phường 7, Quận 10, Tp.HCM do

Tổng Công Ty Địa Ốc Sài Gòn – Tnhh Một Thành Viên làm Chủ đầu tư. Dự án có

diện tích xây dựng tầng hầm 4200m2

, gồm 2 tầng hầm, tường vây bê tông cốt thép

dày 0.6m. Biện pháp thi công đào mở với 2 lớp hệ chống thép hình: lớp 1- H350,

lớp 2- 2H400 với chiều sâu đào đại trà -9.9m và sâu nhất ở đáy bể ngầm là -11.45m

từ mặt đất tự nhiên.

Phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng thông qua phần mềm Plaxis 8.6

(2D) với mô hình Haderning Soil để phân tích ảnh hưởng của chiều dài tường vây

trong cát đến chuyển vị tường vây, ổn định tổng thể và ổn định đáy hố đào. Từ đó

vẽ các kết quả trên cùng một biểu đồ và phân tích để chọn ra chiều dài tường vây

hợp lý áp dụng cho công trình Chung Cư Nguyễn Kim.

iii

Đồng thời luận văn sẽ đi so sánh kết quả chuyển vị theo tính toán bằng phần

mềm Plaxis 8.6 với kết quả quan trắc thu thập được để kiểm chứng lại sự hợp lý của

mô hình và thông số địa chất đã chọn ban đầu.

Để thực hiện được các mục tiêu trên, trước hết đi tìm hiểu cơ sở lựa chọn các

thông số địa chất và loại mô hình sử dụng để đưa vào plaxis cho hợp lý. Đồng thời

tìm hiểu cách mô phỏng các cấu kiện từ thực tế vào trong mô hình sao cho ứng xử

gần sát với thực tế. Tìm hiểu những cơ sở lý thuyết để kiểm tra ổn định đáy hố đào

như: bùng nền (sand boiling), phá huỷ dạng ống (Failure by piping).

Kết quả đạt được: Trong thiết kế chiều dài tường vây càng tăng thì hệ số ổn

định tổng thể và ổn định đáy hố đào càng tăng. Trong thiết kế tường vây lửng

(không cắm vào lớp đất sét ngăn dòng thấm) thì cần phải đi giải quyết bài toán ổn

định đáy hố đào trước, sau đó mới giải quyết tiếp bài toán ổn định tổng thể và cuối

cùng là điều chỉnh cao độ hoặc số lượng hệ giằng chống để thỏa điều kiện chuyển vị

tường vây.

Trong thiết kế tường vây lửng (không cắm vào lớp đất ngăn dòng thấm), để

đảm bảo thỏa điều kiện chuyển vị tường vây, ổn định tổng thể và ổn định đáy hố

đào có thể chọn sơ bộ chiều dài tường vây sao cho chiều sâu chân tường

Hp >=1.1Hw; trong đó Hp: độ sâu chân tường vây tính từ đáy hố đào, Hw: độ

chênh lệch giữa mực nước ngầm dưới hố đào và bên ngoài tường vây.

Từ khóa: hố đào sâu, đào mở, ổn định tổng thể, bùng nền, Plaxis, tường vây.

iv

MỤC LỤC

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

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

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

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

Danh mục hình và đồ thị ..........................................................................................v

Danh mục bảng.........................................................................................................vi

Danh mục từ viết tắt ...............................................................................................vii

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU .................................................................................. 1

1.1. Đặt vấn đề .......................................................................................................1

1.2. Xác định vấn đề nghiên cứu: ..........................................................................2

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

1.4. Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài:............................................................3

1.5. Phương pháp nghiên cứu: ...............................................................................3

1.6. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu:..................................................................4

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN .......................................................................... 5

2.1 Về hố đào sâu...................................................................................................5

2.2 Về tường chắn đất:...........................................................................................7

2.3 Các đề tài tương tự đã nghiên cứu:................................................................17

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT............................................................ 20

3.1 Lý thuyết Coulomb ........................................................................................20

3.2 Lý thuyết Mohr-Rankine: ..............................................................................24

3.3 Phân tích hố đào sâu bằng phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng phần......26

mềm plaxis 8.6:.....................................................................................................26

3.3.1 Về mô hình Mohr – Coulomb[6]: .........................................................26

3.3.2 Về mô hình tăng bền hardening soil: ....................................................28

3.3.3 Chọn mô hình tính toán:.......................................................................39

3.4 Chuyển vị tường vây:.....................................................................................42

3.4.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang: .......................................42

iv

v

3.4.2 Cơ chế phát sinh chuyển vị tường vây[2]: ...........................................42

3.4.3 Chuyển vị cho phép của tường vây:.....................................................44

3.5 Hệ số ổn định tổng thể:..................................................................................45

3.6 Ổn định đáy hố đào:.......................................................................................46

3.6.1 Hiện tượng phá hoại do bùng nền (sand boiling).................................47

3.6.2 Hiện tượng phá huỷ dạng ống (Failure by piping)...............................50

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU DÀI

TƯỜNG VÂY TRONG CÁT ĐẾN CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY VÀ

ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO CHUNG CƯ NGUYỄN KIM ................................... 52

4.1. Đặc điểm công trình......................................................................................52

4.2. Mô phỏng bài toán bằng plaxis 8.6:.............................................................57

4.4. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây giữa tính toán và kết quả

quan trắc .......................................................................................................96

CHƯƠNG 5:KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ.................................................. 103

5.1. Kết luận:.....................................................................................................103

5.2. Kiến nghị:...................................................................................................103

TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 104

iv

vi

DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ

Hình 2.1. Các loại cừ thép phổ biến..........................................................................7

Hình 2.2. Biện pháp đào đất sử dụng cừ Larsen kết hợp hệ giằng chống, hệ neo....7

Hình 2.3. Thi công lắp các thanh gỗ chống sạt lở đất giữa các cọc thép hình,

Dự án Kumho Asiana Plaza, Quận 1, Tp. HCM, 2009 .............................9

Hình 2.4. Hình dạng tường cọc nhồi cách khoảng (contiguous piles) ...................10

Hình 2.5. Tường chắn cọc nhồi kết hợp với hệ chống thép hình,

Dự án Nam Sông Tiền, quận Phú Nhuận, Tp.HCM ...............................11

Hình 2.6. Sơ đồ bố trí tường cọc secant piles..........................................................12

Hình 2.7. Thi công tường chắn bằng cọc secant pil,

Dự án Cao Ốc Văn Phòng 43 Mạc Đĩnh Chi, Quận 1, Tp.HCM.............13

Hình 2.8. Sử dụng cọc CDM để thi công tường chắn 1 tầng hầm,

Dự án Riviera Point, Quận 7, TP.HCM ...................................................14

Hình 2.9. Biện pháp tường vây kết hợp hệ giằng chống,

Dự án Times Square 3 tầng hầm, Quận 1, TP.HCM................................15

Hình 3.1. Tính toán áp lực đất chủ động theo Coulomb .........................................20

Hình 3.2. Cân bằng Mohr-Rankine (chủ động).......................................................24

Hình 3.3. Cân bằng Mohr-Rankine (bị động) .........................................................25

Hình 3.4. Ý tưởng cơ bản của mô hình đàn hồi – dẻo lí tưởng MC ........................26

Hình 3.5. Mặt ngưỡng dẻo MC trong không gian ứng suất chính (c=0)................27

Hình 3.6. Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng theo hàm Hyperbolic

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

Hình 3.7. Các đường cong dẻo ứng với các giá trị 

p khác nhau ............................31

Hình 3.8. Định nghĩa mô đun Eoed

ref trong thí nghiệm nén cố kết ...........................31

Hình 3.9. Mặt dẻo trong không gian ứng suất chính của mô hình HS (c=0)..........32

Hình 3.10. Mặt dẻo trong không gian ứng suất chính của mô hình HS (c=0)........32

Hình 3.11. Đường cong biến dạng có kể đến sự kết thúc giãn nở

trong thí nghiệm 3 trục thoát nước.........................................................33

Trang

v

vii

Hình 3.12. Quan hệ ứng suất- biến dạng.................................................................40

Hình 3.13. Quan hệ giữa áp lực dọc trục và áp lực hông

trong trạng thái gia tải và dỡ tải ...........................................................41

Hình 3.14. Chuyển vị đất sau lưng tường vây giữa 2 mô hình ...............................41

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

với cây chống có độ cứng lớn.................................................................43

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

với cây chống có độ cứng nhỏ ................................................................43

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

và độ sâu hố đào ....................................................................................44

Hình 3.18. Một số cơ chế phá hoại do mất ổn định tổng thể [16] ..........................46

Hình 3.19. Sơ đồ kiểm tra bùng nền đáy hố đào (tiêu chuẩn Eurocode 7) .............47

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

(phương pháp Gradient thủy lực tới hạn) ..............................................48

Hình 3.21. Sơ đồ kiểm tra bùng nền đáy hố đài (phương pháp Terzaghi )............49

Hình 3.22. Biểu đồ cho đất cát rời, mịn và biên không thấm là vô hạn..................50

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

dưới ................................................................................................................51

Hình 4.1. Mặt bằng tổng thể công trình ..................................................................53

Hình 4.2. Mặt cắt cao độ hố đào tính toán..............................................................53

Hình 4.3. Mặt cắt cao độ hệ giằng tính toán...........................................................55

Hình 4.4. Mặt bằng hố khoan địa chất ....................................................................55

Hình 4.5. Hình trụ hố khoan địa chất......................................................................53

Hình 4.6. Thông số các loại kích thủy lực ...............................................................63

Hình 4.7. Ảnh khu vực nhà dân 1-3 tầng tiếp giáp..................................................64

Hình 4.8. Ảnh phía đường Lý Thường Kiệt .............................................................64

Hình 4.9. Ảnh phía đường Vĩnh Viễn.......................................................................64

Hình 4.10. Ảnh phía đường Nhật Tảo .....................................................................65

Hình 4.11. Ảnh phía hẻm Nhật Tảo nhà 1-3 tầng....................................................65

v

viii

Hình 4.12. Mặt cắt hình học hố đào ........................................................................66

Hình 4.13. Cách xác định kích thước mô hình hố đào ............................................66

Hình 4.14. Biểu đồ chuyển vị ngang, trường hợp tường vây dài 14m ....................68

Hình 4.15. Biểu đồ chuyển vị ngang, trường hợp tường vây dài 16m ....................69

Hình 4.16. Biểu đồ chuyển vị ngang, trường hợp tường vây dài 18m ....................69

Hình 4.17. Biểu đồ chuyển vị ngang, trường hợp tường vây dài 20m ....................70

Hình 4.18. Biểu đồ chuyển vị ngang, trường hợp tường vây dài 22m ....................70

Hình 4.19. Biểu đồ chuyển vị ngang, trường hợp tường vây dài 24m ....................71

Hình 4.20. Biểu đồ chuyển vị ngang, trường hợp tường vây dài 26m ....................71

Hình 4.21. Tương quan giữa chuyển vị ngang max và chiều dài tường vây...........72

Hình 4.22. Kết quả hệ số ổn định tổng thể với tường vây dài 14m .........................72

Hình 4.23. Kết quả hệ số ổn định tổng thể với tường vây dài 16m .........................74

Hình 4.24. Kết quả hệ số ổn định tổng thể với tường vây dài 18m .........................74

Hình 4.25. Kết quả hệ số ổn định tổng thể với tường vây dài 20m .........................75

Hình 4.26. Kết quả hệ số ổn định tổng thể với tường vây dài 22m .........................76

Hình 4.27. Kết quả hệ số ổn định tổng thể với tường vây dài 24m .........................76

Hình 4.28. Kết quả hệ số ổn định tổng thể với tường vây dài 26m .........................77

Hình 4.29. Biểu đồ hệ số ổn định tổng thể...............................................................78

Hình 4.20. Biểu đồ tương quan giữa hệ số ổn định đáy hố đào

và chiều dài tường vây..............................................................................93

Hình 4.21. Biểu đồ tương quan giữa hệ số ổn định và chiều dài tường vây ...........94

Hình 4.22. Biểu đồ tương quan giữa hệ số ổn định và tỷ số Hp/Hw.......................96

v

ix

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Dữ liệu một số nhà cao tầng được xây dựng từ 2009 đến 2014 ...............1

Bảng 3.1. Bảng tra góc ma sát ngoài  ..................................................................22

Bảng 3.2. Bảng tra hệ số Rinter .................................................................................34

Bảng 3.3. Modun biến dạng của đất theo một số tác giả ........................................34

Bảng 3.4. Chuyển vị tường chắn và mức độ ảnh hưởng đến công trình lân cận ...45

Bảng 4.1. Tổng hợp thông số địa chất.....................................................................57

Bảng 4.2. Thông số tường vây trong mô hình .........................................................59

Bảng 4.3. Các thông số bề dày và cao độ của sàn hầm ..........................................60

Bảng 4.4. Thông số độ cứng sàn hầm để mô phỏng trong plaxis............................61

Bảng 4.5. Thông số độ cứng của các thanh chống mô phỏng trong plaxis.............62

Bảng 4.6. Giá trị lực kích lên các hệ chống ............................................................63

Bảng 4.7. Tổng hợp kết quả chuyển vị tường vây tương ứng các trường hợp ........72

Bảng 4.8. Tổng hợp kết quả hệ số ổn định tổng thể ...............................................77

Bảng 4.9. Tổng hợp kết quả hệ số ổn định đáy hố đào và chiều dài tường vây......93

Bảng 4.10. Tổng hợp kết quả hệ số ổn định tổng thể và ổn định đáy hố đào..........94

Bảng 4.11. Tổng hợp kết quả hệ số an toàn và tỷ số Hp/Hw ..................................95

Bảng 4.12. Bảng kết quả quan trắc tường vây sau khi hiệu chỉnh..........................98

vi

Trang