em sau khi -...

i

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, chúng em xin chân thành cám ơn ban giám hiệu nhà trường Đại

Học Lạc Hồng cùng quý thầy cô khoa kỹ thuật công trình đã tạo điều kiện cho

chúng em được nghiên cứu khoa học.

Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Tiến sĩ Lê Trọng Nghĩa,

thầy đã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình và luôn quan tâm, động viên tinh thần trong thời

gian thực hiện bài báo cáo nghiên cứu khoa học này. Thầy cùng với các thầy cô

trong khoa kỹ thuật công trình đã truyền đạt cho chúng em hiểu được phương pháp

tiếp cận và giải quyết một vấn đề một cách khoa học, đây là hành trang quý giá mà

chúng em sẽ gìn giữ cho quá trình học tập và làm hành trang cho chúng em sau khi

ra trường đi làm cũng như học cao hơn nữa.

Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đỡ chúng em

trong thời gian học tập và làm báo cáo nghiên cứu vừa qua.

Biên Hòa, ngày 25 tháng 11 năm 2012

Sinh viên

ii

MỤC LỤC

Lời cảm ơn .................................................................................................................. i

Mục lục ....................................................................................................................... ii

Danh mục hình ........................................................................................................ iv

Damh mục bảng....................................................................................................... vii

Tóm tắt luận văn ..................................................................................................... ix

MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1

1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................................... 1

2. Mục đích nghiên cứu của đề tài .............................................................................. 1

3. Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài ..................................................................... 2

4. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................... 2

5. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................... 2

Chƣơng 1: TỔNG QUAN ......................................................................................... 3

1.1. Sự cố cọc bị nghiêng lệch trong quá trình thi công hố đào sâu .................. 3

1.2. Ảnh hƣởng hố đào sâu đến cọc bên trong hố đào ....................................... 9

Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................... 17

2.1. Phân tích phần tử hữu hạn trong PLAXIS ................................................ 17

2.1.1. PLAXIS 3D Foundation ........................................................................ 17

2.1.2. Môhình................................................................................................... 18

2.1.3. Tính toán ................................................................................................ 18

2.1.4. Xuất kết quả ........................................................................................... 18

2.2. Tạo mô hình .................................................................................................. 19

2.3. Chia lƣới phần tử ......................................................................................... 20

2.4. Mô hình ứng xử của đất ............................................................................... 22

2.4.1. Mô hình Mohr – Coulumb (MC) ........................................................... 22

2.4.2. Mô hình Hardening Soil (HS) ................................................................ 23

2.5. Đặc trƣng vật liệu của tƣờng vây cừ Larsen (Sheet pile wall) ................. 26

2.6. Đặc trƣng vật liệu của phần tử dầm (wailing beam) ................................ 29

2.7. Đặc trƣng vật liệu của phần tử cọc (Pile) ................................................... 30

2.8. Phần tử lò xo (Spring) .................................................................................. 30

iii

Chƣơng 3: PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA HỐ ĐÀO SÂU TRONG ĐẤT

YẾU ĐẾN CỌC BÊN TRONG HỐ ĐÀO......................................................... 31

3.1. Phƣơng pháp tính toán ................................................................................ 31

3.2. Phân tích ảnh hƣởng của cọc bên trong hố đào ứng với công trình thực

tế … .................................................................................................................... 33

3.2.1. Các đặc điểm cơ bản của công trình ...................................................... 33

3.2.2. Các thông số và mô hình vật liệu .......................................................... 37

3.2.2.1. Thông số đất sử dụng trong mô hình ............................................. 37

3.2.2.2. Thông số tường cừ Larsen .............................................................. 37

3.2.2.3. Thông số thanh chống xiên và giằng đầu cừ Larsen ........................... 41

3.2.3. Thông số cọc sử dụng trong mô hình .................................................... 41

3.2.4. Phụ tải mặt đất ....................................................................................... 44

3.2.5. Điều kiện mực nước ngầm .................................................................... 44

3.2.6.Phân tích ảnh hưởng của cọc bên trong hố đào ứng với trường hợp thực

tế ....................................................................................................................... 45

3.2.6.1. Mô hình trong PLAXIS 3D Foundation ......................................... 45

3.2.6.2. Kết quả tính toán ............................................................................ 47

3.2.7. Phân tích ảnh hưởng của cọc bên trong hố đào trong trường hợp dời

dần khối đất đắp ra xa....................................................................................... 56

3.2.7.1. Mô hình trong PLAXIS 3D Foundation ........................................ 56

3.2.7.2. Kết quả tính toán ............................................................................ 58

3.2.7.3. Phân tích kết quả ............................................................................ 60

3.3. Phân tích mở rộng xem xét ảnh hƣởng của cọc bên trong hố đào trong

trƣờng hợp thay đổi chiều dài tƣờng ứng với công trình thực tế ................... 67

3.3.1. Mô hình trong PLAXIS 3D Foundation ................................................ 68

3.3.2. Phân tích kết quả tính toán .................................................................... 69

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 75

KẾT LUẬN .......................................................................................................... 75

KIẾN NGHỊ ......................................................................................................... 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 40

iv

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 – Các cọc ống bị nghiêng lệch – Trạm phân phối xi măng Hiệp Phước ..... 3

Hình 1.2 – Toàn cảnh sự cố các cọc ống bị nghiêng lệch và gãy Cao ốc Phường

Thảo Điền, Quận 2, TP. Hồ Chí Minh....................................................... 4

Hình 1.3 – Sự cố cọc bị nghiêng lệch – Nhà máy xử lý nước thải Bình Chánh ......... 4

Hình 1.4 – Sự cố các cọc ống bị nghiêng lệch và gãy – Cao ốc Khu đô thị mới Phú

Mỹ Hưng, Quận 7, TP. Hồ Chí Minh ........................................................ 5

Hình 1.5 – Công trình móng trụ cầu sử dụng cọc ống bê tông ly tâm ứng suất

trước .......................................................................................................... 6

Hình 1.6 – Công trình 13 tầng tại Khu Phú Mỹ Hưng, Quận 7, TP. Hồ Chí Minh ... 7

Hình 1.7 – Khu vực cọc bị nghiêng lệch – Công trình 13 tầng Khu đô thị mới Phú

Mỹ Hưng, Quận 7, TP. Hồ Chí Minh ........................................................ 7

Hình 1.8 – Toàn cảnh hố đào – công trình 15 tầng, Quận 8, TP. Hồ Chí Minh ........ 8

Hình 1.9 – Tường cừ Larsen bị chuyển dịch – Công trình 15 tầng, Quận 8, TP. Hồ

Chí Minh .................................................................................................... 8

Hình 1.10 – Cọc bị nghiêng lệch khi tiến hành đào đến cao độ đáy đài - Công trình

15 tầng, Quận 8, TP. Hồ Chí Minh ............................................................ 9

Hình 1.11 – Mô hình trường hợp I – Tạo mái dốc khi đào (Thasnanipan, 1998) ..... 11

Hình 1.12 – Mô hình trường hợp II – Sử dụng cọc bản có chống chắn giữ hố đào

(Thasnanipan, 1998) ................................................................................ 11

Hình 1.13 – Mô hình trường hợp III – Sử dụng cọc bản có hai tầng chống tạm

chắn giữ hố đào (Thasnanipan, 1998)...................................................... 11

Hình 1.14 – Mô hình trường hợp IV – Sử dụng cọc bản có một tầng chống tạm

chắn giữ hố đào (Thasnanipan, 1998)...................................................... 12

Hình 1.15 – Kết quả tính toán mômen uốn và chuyển vị của cọc gần tường cọc bản

nhất. Trường hợp IV ................................................................................ 13

Hình 1.16 – Mô hình 3D của các lớp địa chất (Kok, 2009) ...................................... 14

Hình 1.17 – Bản vẽ cho thấy vịt trí gãy cọc của 2 cọc nằm liền kề hố đào (Kok,

2009) ........................................................................................................ 15

v

Hình 1.18 – Hình ảnh nhóm 3 cọc bị gãy (Kok, 2009) ............................................. 15

Hình 1.19 – Hình ảnh nhóm 6 cọc bị gãy (Kok, 2009) ............................................. 16

Hình 2.1 – Yêu cầu tối thiểu của mô hình hố đào (Bakker, 2005)[8] ....................... 20

Hình 2.2 – Các phần tử và nút trong một mô hình 2D. Mỗi nút có hai bậc tự do,

được mô tả bởi các mũi tên trong hình nhỏ hơn, (Wiberg, 1974)[7] ...... 20

Hình 2.3 – Các bước phân tích phần tử hữu hạn (Wiberg, 1974)[7] ........................ 21

Hình 2.4 – Kết quả chuyển vị với số nút tăng dần trong mô hình 3D, (Hannes và

Daniel, 2010) ........................................................................................... 22

Hình 2.5 – Mô hình dẻo lý tưởng .............................................................................. 23

Hình 2.6 – Xác định Eo và E50qua thí nghiệm nén 3 trục thoát nước ...................... 23

Hình 2.7 – Xác định E50ref

qua thí nghiệm nén 3 trục thoát nước ........................... 25

Hình 2.8 – Xác định Eoedref

qua thí nghiệm nén cố kết (Oedometer) ........................ 26

Hình 2.9 – Hệ trục địa phương của phần tử tường và các đại lượng khác................ 26

Hình 2.10 – Các đại lượng chính của tường cừ Larsen ............................................ 27

Hình 2.11 – Thông số cơ bản của tường cừ Larsen .................................................. 28

Hình 2.12 – Hệ trục địa phương của phần tử dầm ................................................... 29

Hình 3.1 – Quy trình phân tích.................................................................................. 32

Hình 3.2 – Mặt bằng tổng thể thi công hố đào .......................................................... 34

Hình 3.3 – Mặt bằng thi công hố đào. ....................................................................... 35

Hình 3.4 – Chi tiết cáp neo đầu cừ ............................................................................ 36

Hình 3.5 – Mặt cắt sau khi thi công cọc và tường cừ Larsen.................................... 36

Hình 3.6 – Mặt cắt sau khi thi công đào đến độ sâu -1,8m so với MĐTN ............... 36

Hình 3.7 – Mặt cắt sau khi thi công đào đến độ sâu -3,8m so với MĐTN ............... 37

Hình 3.8 – Chi tiết chống xiên trong hầm và neo cáp ngoài hầm ............................. 37

Hình 3.9 – Mô hình 3D của các lớp địa chất ............................................................ 38

Hình 3.10 – Kích thước cừ Larsen loại IV ................................................................ 38

Hình 3.11 – Chuyển vị tại các giai đoạn thi công đào của cọc rỗng và cọc đặc ....... 42

Hình 3.12 – Kết quả chuyển vị của cọc rỗng và cọc đặc có độ cứng tương đương.. 43

Hình 3.13 – Mặt bằng vị trí khối đất. ........................................................................ 44

vi

Hình 3.14 – Mặt bằng mô hình trong phân tích phần tử hữu hạn ............................. 44

Hình 3.15 – a) Chia lưới 2D;..................................................................................... 45

b) Chia lưới 3D; .................................................................................... 45

Hình 3.16 – Mô hình cọc, tường và hệ neo ............................................................... 46

Hình 3.17 – Các giai đoạn thi công đào .................................................................... 46

Hình 3.18 – Biến dạng của hố đào khi đào đến cao độ -3,8 so với MĐTN ............. 47

Hình 3.19 – Vùng biến biến dạng dẻo ...................................................................... 47

Hình 3.20 – a) Chuyển vị của cọc khi đào đến cao độ -1,8m; .................................. 48

b) Chuyển vị của cọc khi đào đến cao độ -3,8m; .................................. 48

Hình 3.21 – a) Moment của cọc khi đào đến cao độ -1,8m; ..................................... 48

b) Moment của cọc khi đào đến cao độ -3,8m; ..................................... 48

Hình 3.22 – Mặt bằng cọc được sử dụng trong phân tích so sánh ............................ 49

Hình 3.23 – Biểu đồ chuyển vị lớn nhất của các cọc theo các giai đoạn thi công đào

đất .......................................................................................................... 50

Hình 3.24 – Biểu đồ moment uốn lớn nhất trong các cọc theo giai đoạn thi công ... 51

Hình 3.25 – Mặt bằng nhóm cọc sử dụng phân tích ................................................ 52

Hình 3.26 – Kết quả chuyển vị ngang của cọc so với quan trắc hiện trường .......... 53

Hình 3.27– Đồ thị biểu diễn đường cong quan hệ giữa chuyển vị ngang lớn nhất

của cọc và khoảng cách từ cọc đến tường theo chiều sâu lớn nhất hố

đào ................................................................................................. 54

Hình 3.28 – Các trường hợp chia lưới 2D; .............................................................. 56

Hình 3.29 – Các trường hợp chia lưới 3D; .............................................................. 57

Hình 3.30 – Các trường hợp chuyển vị; ................................................................... 58

Hình 3.31 – Các trường hợp moment uốn................................................................ 59

Hình 3.32a – Biểu đồ thể hiện hình dáng chuyển vị ngang của cọc trong các trường

hợp dời khối đất đắp ra xa và trường hợp không có khối đất đắp khi

đào -1,8m ............................................................................................ 60

vii

Hình 3.32b – Biểu đồ so sánh kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của cọc trong các

trường hợp dời khối đất đắp ra xa và trường hợp không có khối đất

đắp khi đào -1,8m ................................................................................ 61


hợp dời khối đất đắp ra xa và trường hợp không có khối đất đắp khi

đào -3,8m ............................................................................................. 62

Hình 3.33b – Biểu đồ so sánh kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của cọc trong các

trường hợp dời khối đất đắp ra xa và trường hợp không có khối đất

đắp khi đào -3,8m ................................................................................ 63

Hình 3.34 – Biểu đồ so sánh kết quả moment uốn của cọc trong các trường hợp dời

khối đất đắp ra xa hố đào và moment kháng uốn của cọc ..................... 65


khối đất đắp ra xa và moment kháng của cọc........................................ 66

Hình 3.36 – Mặt cắt hố đào của công trình thực tế ................................................... 68

Hình 3.37 – Mô hình cọc và tường cừ Larsen có chiều sâu thay đổi....................... 68

Hình 3.38 – Biểu đồ thể hiện hình dáng chuyển vị ngang của cọc trong các trường

hợp tăng chiều sâu tường chắn .............................................................. 69

Hình 3.39 – Biểu đồ so sánh kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của cọc trong các

trường hợp tăng chiều sâu tường chắn .................................................. 70


hợp tăng chiều sâu tường chắn .............................................................. 71


trường hợp tăng chiều sâu tường chắn ................................................. 71

Hình 3.42 – Biểu đồ moment uốn lớn nhất của cọc trong các trường hợp tăng chiều

sâu tường chắn ....................................................................................... 72

Hình 3.43 – Đồ thị biểu diễn đường cong quan hệ giữa chuyển vị ngang lớn nhất

của cọc và khoảng cách từ cọc đến tường theo chiều sâu lớn nhất hố

đào. . ...................................................................................................... 73

viii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 – Khả năng chịu moment của cọc và moment gây ra trong cọc gần biên hố

đào do thi công hố đào (Thasnanipan, 1998) ........................................... 12

Bảng 2.1 – Đặc trưng vật liệu đất trong mô hình Mohr – Coulumb ......................... 23

Bảng 2.2 – Đặc trưng vật liệu đất trong mô hình Hardening Soil ............................ 25

Bảng 2.3 – Đặc trưng vật liệu của tường cừ Larsen với ứng xử đàn hồi tuyến tính . 27

Bảng 2.4 – Đặc trưng vật liệu của dầm (wailing beam) ........................................... 29

Bảng 2.5 – Đặc trưng vật liệu của cọc ...................................................................... 30

Bảng 3.1 – Các thông số của cừ Larsen từ nhà sản xuất ........................................... 38

Bảng 3.2 – Thông số đất nền sử dụng mô hình Mohr – Coulomb (MC) .................. 39

Bảng 3.3 – Thông số cừ Larsen FSP – IV dùng trong mô hình ................................ 40

Bảng 3.4 – Đặc trưng vật liệu của thanh chống xiên và gằng đầu cừ ....................... 41

Bảng 3.5 – Đặc trưng vật liệu của cọc sử dụng trong mô hình ................................. 43

Bảng 3.6 – Moment uốn lớn nhất của cọc từ mô hình phần tử hữu hạn 3D và kết quả

kiểm tra độ đồng nhất của cọc bằng phương pháp biến dạng nhỏ (PIT).. 51

ix

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Trong luận văn trình bày nghiên cứu một công trình ở quận 8, TP. Hồ Chí

Minh có cọc bên trong hố đào mở trên đất sét yếu bị phá hoại. Theo báo cáo khảo

sát địa chất, công trình có lớp đất yếu dày 25m, từ cao độ -1m đến -26m (so với mặt

đất tự nhiên), lớp đất có chỉ số SPT ‘ N ‘≈ 0. Công trình sử dụng cọc ống ly tâm ứng

suất trước để chống để kết cấu bên trên. Khi tiến hành đào đất đến cao trình đáy để

thi công đài móng thì gặp hiện tượng đất bị đẩy trồi làm cọc chuyển vị và gây

moment uốn cho cọc, kết quả là cọc bị nghiên lệch và bị gãy. Sử dụng phần mềm

PLAXIS 3D Foundation để phân tích ứng xử của cọc trong suốt quá trình thi công

hố đào. Kết quả dự đoán ứng xử của cọc trong suốt quá trình đào sẽ được so sánh

với kết quả quan trắc ngoài hiện trường. Những kết quả này rất quan trọng và hữu

ích, đặc biệt là thực hiên trước khi tiến hành hố đào. Bằng phương pháp này có thể

giúp đỡ trong việc lập kế hoạch và phối hợp công tác đào đắp ngoài hiện trường

cũng như các biện pháp phòng tránh cọc bị phá hoại.

1

1. PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA HỐ ĐÀO SÂU TRONG

ĐẤT YẾU ĐẾN CỌC BÊN TRONG HỐ ĐÀO

2. MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, số lượng trường hợp cọc bên trong hố đào mở bị

phá hoại ngày càng tăng. Các sự cố có điểm chung là, sau khi thi công phần cọc

xong tiến hành công tác đào đất hố đào thì xảy ra sự cố cọc bị nghiêng lệch hay phá

hoại. Một số nước trên thế giới tiến hành thi công hố đào trước khi thi công cọc để

bảo vệ cọc ổn định, nhưng nó lại không phù hợp trong điều kiện không gian thi

công chật hẹp và không cho phép đào mở. Đặc biêt là công trình có nhiều tầng hầm.

Việc thi công hố đào trong đất yếu là rất phức tạp, khi đất yếu chuyển vị ngang sẽ

tạo ra phụ tải trên cọc và khi chuyển vị quá mức sẽ gây moment uốn lớn hơn

moment kháng nứt của cọc, kết quả là cọc bị gãy.

Đã có nhiều nghiên cứu tập trung chuyển vị ngang của tường chắn và dự

đoán chuyển vị ngang của đất nền. Khi công trình sử dụng móng cọc, thì liên quan

đến chuyển vị ngang của đất nền có thể gây phá hoại khi đào đất. Cọc thường được

thiết kế để chống đỡ tải trọng đứng nên khi đất chuyển vị ngang sẽ gây moment uốn

trong cọc, làm thay đổi ứng suất trong cọc hay thậm chí là gây gãy cọc.

Các nghiên cứu về ảnh hưởng của hố đào sâu đến cọc bên trong hố đào trong

đất yếu còn khá hạn chế. Với lí do đó, phần nghiên cứu này tập trung vào “phân

tích ảnh của hố đào sâu trong đất yếu đến cọc bên trong hố đào”.

2. Mục đích nghiên cứu của đề tài

Mục đích nghiên cứu này là làm tăng thêm vốn kiến thức và sự hiểu biết về sự

ảnh hưởng của việc thi công hố đào sâu trong đất yếu sẽ tác động như thế nào đến

cọc bên trong hố đào chưa có tải trọng dọc trục. Tải trọng ngang do chuyển vị của

đất gây ra moment uốn của chuyển vị có làm thay đổi ứng suất cũng như phá hoại

cọc hay không!

2

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

- Thiết lập biểu đồ chuyển vị ngang và moment uốn của cọc bên trong hố đào.

Từ đó xác định vùng cọc sẽ bị ảnh hưởng bên trong hố đào sâu.

- Xác định phạm vi ảnh hưởng của khối đất đắp đến chuyển vị và moment uốn

của cọc bên trong hố đào.

- Thiết lập quan hệ giữa chiều sâu tường với chuyển vị và moment uốn của cọc

bên trong hố đào. Đưa ra giải pháp hạn chế ảnh hưởng của hố đào sâu đến cọc bên

trong hố đào.

4. Phƣơng pháp nghiên cứu

Để nghiên cứu các nội dung nêu trên, tác giả đã lựa chọn phương pháp nghiên

cứu sau:

1. Nghiên cứu về lý thuyết : Cơ sở lý thuyết về tính toán lựa chọn thông số đầu

vào từ các thí nghiệm trong phân tích bài toán hố đào sâu.

2. Mô phỏng: Sử dụng phần mềm plaxic 3D Foundation để phân tích ổn định

và biến dạng của hố đào sâu trong quá trình thi công; xác đinh phạm vi và mức độ

ảnh hưởng do hố đào sâu gây ra cho cọc bên trong hố đào.

5. Nội dung nghiên cứu

Nội dung của bài báo cáo chỉ tập trung nghiên cứu vào các vấn đề sau:

- Phân tích ứng suất của cọc bên trong hố đào khi thi công hố đào sâu trong đất

yếu.

- Phân tích ảnh hưởng của tải trọng xung quanh hố đào đến cọc bên trong hố

đào bằng phương pháp phần tử hữu hạn có xét đến chiều dài ngàm tường và khoảng

cách cọc đến tường hố đào.

3

3. Chƣơng 1: TỔNG QUAN

Chương này trình bày vấn đề liên quan đến ảnh hưởng của hố đào sâu đến các

công trình xung quanh hố đào do đất chuyển vị theo phương ngang, dựa trên cở sở

thu thập các tài liệu trong và ngoài nước. Nội dung cơ bản bao gồm việc xem xét tác

động của hố đào sâu đến cọc lân cận hố đào và các yếu tố sẽ được xem xét

trong phân tích mô phỏng hố đào sâu. Các nghiên cứu ảnh hưởng của hố đào sâu

đến cọc bên trong hố đào còn khá hạn chế, hầu hết các học giả nghiên cứu sự ảnh

hưởng đến cọc bên ngoài hố đào do thi công hố đào sâu, mà chưa xét đến ảnh

hưởng của cọc bên trong hố đào do quá trình thi công hố đào sâu trong đất yếu.

1.1. Sự cố cọc bị nghiêng lệch trong quá trình thi công hố đào sâu

Hình 1.1 – Các cọc ống bị nghiêng lệch - Trạm phân phối xi măng Hiệp Phước

- Công trình trạm phân phối xi măng Hiệp Phước – Công ty cổ phần xi măng

Thăng Long (KCN Hiệp Phước – TP.HCM) Công trình sử dụng cọc ống BTCT

chiều dài 33- 35m cho 1 tim cọc do Công ty Phan Vũ thiết kế. Đặc biệt địa tầng khu

vực xây dựng có lớp bùn nhão dày đến 21m tính từ mặt đất tự nhiên. Công trình sử

4

dụng giải pháp cọc đóng và sau khi thi công có đến khoảng 80% số cọc đóng tại

khu vực silô bị nghiêng lệch theo 1 hướng, hình 1.1.[6]

- Công trình xây dựng cao ốc ở Phường Thảo Điền – Quận 2 – TP. HCM

cũng xảy ra sự cố tương tự khi hầu như toàn bộ phần cọc, móng bị nghiêng, có cọc

bị gãy khúc. Thiệt hại sự cố này ước tính lên đến 10 tỷ đồng, việc khắc phục sự cố

này cũng hết sức phức tạp do đất nền đã bị xáo trộn rất nhiều, hình 1.2.[6]

Hình 1.2 – Toàn cảnh sự cố các cọc ống bị nghiêng lệch và gãy Cao ốc Phường

Thảo Điền, Quận 2, TP. Hồ Chí Minh

Hình1.3 – Sự cố cọc bị nghiêng lệch – Nhà máy xử lý nước thải Bình Chánh

Công trình xử lý nước thải Bình Chánh (dự án cải thiện môi trường nước TP.

HCM): sự cố xảy ra với khoảng 2664 cọc bị nghiêng lệch trong số 7474 cọc đã

5

đóng và có khoảng 1970 bị nghiêng lệch vượt quá giới hạn cho phép, thiệt hại ước

tính lúc bấy giờ là khoảng 60 tỷ đồng. Ngay khi xảy ra sự cố ban quản lý dự án đã

chỉ đạo nhà thầu là liên doanh N.E.S.JV (Nhật Bản) giữ nguyên hiện trạng cọc tại

hiện trường và tiếp tục quan trắc theo dõi để có các dư liệu chính xác phục vụ việc

tìm giải pháp xử lý. Và trong quá trình đào đất để thi công bể xử lý nước thải thì

Chủ đầu tư, tư vấn PCI và nhà thầu đã phát hiện một số cọc bị dịch chuyển theo

phương ngang, hình 1.3.[6]

Hình 1.4 – Sự cố các cọc ống bị nghiêng lệch và gãy – Caoốc Khu đô thị mới Phú

Mỹ Hưng, Quận 7, TP. Hồ Chí Minh

- Một số công trình móng cọc BTCT thi công tại huyện Cần Giờ- TP. HCM

xảy ra hiện tượng đầu cọc bị chuyển vị ngang sau khi thi công hạ cọc bằng phương

pháp búa đóng và tiêu biểu là sự cố cọc của móng trụ cầu Lôi Giang, Rạch Lá trên

đường Rừng Sác – Huyện Cần Giờ. Công trình cầu Rạch Lá sử dụng cọc BTCT

40cm×40cm dài từ 30-35m, đóng qua vùng đát sét nhão dày khoảng 20m rồi đến

6

lớp đất sét dẻo mềm, đất tự nhiên là bờ sông thoải. Cọc sau khi đóng được 1 tháng

thì phát hiện sự cố cọc bị dịch chuyển khoảng 3m. [6]

- Một công trình xây dựng cao ốc ở khu Phú Mỹ Hưng – Quận 7 khi đi thi

công phần móng cọc thì đã xảy ra hiện tượng cọc bị xô lệch, làm sạt một phần

đường đi. Theo nhận định của CONINCO thì nguyên nhân là do phương án chống

đỡ không tốt trong lúc thi công cọc BTCT đã làm xảy ra hiện tượng sạt cọc. Ước

tính số tiền thiệt hại do sự cố này khoảng 3-4 tỷ đồng.[6]

- Một số công trình cầu, khi thi công cọc cho móng trụ cầu nằm ngay gần

mép bờ sông cũng đã xảy ra sự cố cọc bị nghiêng lệch quá giới hạn cho phép, Hình

1.5hình 1.5. [3]

Hình 1.5 – Công trình móng trụ cầu sử dụng cọc ống bê tông ly tâm ứng suất trước

- Công trình tại Quận 7 – Phú Mỹ Hưng – TP. HCM áp dụng phương pháp

móng cọc ly tâm BTCT dự ứng lực – D500 thi công bằng phương pháp ép thủy lực

(ép đỉnh) đã xảy ra sự cố cọc bị dịch chuyển ngang. Sự cố được phát hiện sau khi

đơn vị thi công phần móng và hầm tiến hành đào đất, khoảng cách sai lệch so với

thiết kế ban đầu có tim lên đến hơn 0,6m và vượt qua ngoài phạm vi cho phép của

quy trình thi công. [6]

7

Hình 1.6 – Công trình 13 tầng Phú Mỹ Hưng, Quận 7, TP. Hồ Chí Minh

Hình1.6 – Khu vực cọc bị nghiêng lệch – Công trình 13 tầng Khu đô thị mới Phú

Mỹ Hưng, Quận 7, TP. Hồ Chí Minh

Và mới nhất trong năm nay 2011, công trình 15 tầng, Quận 8, TP. Hồ Chí

Minh. Trong quá trình tiến hành thi công đào đất để thi công đài móng thì gặp sự cố

cọc bị nghiêng lệch và gãy tại 2 móng M1 & M2, cọc bị chuyển vị lớn nhất lên đến

khoảng 60cm. Nguyên nhân ban đầu được xác định do đơn vị thi công đã vận

chuyển đất trong hố đào và tập kết gần mép hố đào khoảng 12m, cao 4m. Đặc biệt

địa chất ở đây rất yếu có lớp sét yếu dày khoảng 25m.

8

Hình 1.8 – Toàn cảnh hố đào – Công trình 15 tầng, Quận 8, TP. Hồ Chí Minh

Hình 1.7 – Tường cừ Larsen bị chuyển dịch – Công trình 15 tầng, Quận 8, TP. Hồ

Chí Minh

9

Hình 1.8 – Cọc bị nghiêng lệch khi tiến hành đào đến cao độ đáy đài - Công trình

15 tầng, Quận 8, TP. Hồ Chí Minh

Hiện tượng chuyển vị ngang đầu cọc xảy ra sau khi thi công dẫn đến tọa độ

các cọc thay đổi. Việc xác định chất lượng cọc và khả năng mang tải còn lại của cọc

cũng như đề ra các biện pháp xử lý khắc phục và cấp thiết để giảm bớt chi phí và

thời gian cũng như làm giảm bớt sự chậm trễ tiến độ thi công và tính hiệu quả của

dự án. Do đó, cần phân tích đánh giá ảnh hưởng của hố đào sâu, đặc biệt công trình

có lớp đất yếu dày.

1.2. Ảnh hƣởng hố đào sâu đến cọc bên trong hố đào

Với sự gia tăng các trường hợp cọc bị phá hoại trong hố đào mở. Điều này xảy

ra khi tiến hành thi công tác đào đất sau khi cọc được thi công. Mặc dù ở một số

nước tiến hành thi công hố đào trước khi thi công cọc để đảm bảo cọc còn nguyên

10

vẹn, nhưng nó lại không phù hợp cho những công trình có không gian thi công hạn

chế không cho phép thi công đào mở, đặc biệt là xây dựng công trình có nhiều tầng

hầm. Việc thi công hố đào sâu trong đất yếu lại càng phức tạp, sự chuyển vị ngang

quá mức của đất yếu sẽ gây ra phụ tải tác dụng lên các cọc. Nguồn tài liệu báo cáo

về vấn đề này còn rất hạn chế.

Thasnanipan (1998) đã trình bày bốn trường hợp cọc liên kết với các công

trình hố đào sâu ở Bangkok trong đất sét mềm bị phá hoại. Kiểm tra cọc bị phá hoại

bằng thí nghiệm thử động biến dạng lớn (high strain dynamic load test) và cũng mô

phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn hai chiều để dự đoán. Từ đó, tìm ra mối

tương quan giữa vị trí của vết nứt và moment uốn trong cọc vượt quá moment uốn

cho phép. Khi sử phương pháp phần tử hữu hạn 2D để phân tích, Thasnanipan

(1998) đã sử dụng phần mềm PLAXIS 2D version 6 và sử dụng mô hình Mohr –

Coulumb để mô phỏng các giai đoạn thi công hố đào, chuyển vị của đất/cọc và

phân tích ứng suất uốn trong cọc cho cả bốn trường hợp. Kết quả mô hình cho thấy

rằng moment uốn trong cọc do thi công hố đào lớn hơn khả năng chịu moment gây

nứt cọc trong tất cả trường hợp. Kết quả phân tích được trình bày tóm tắt trong

Bảng 1.1.

Hình 1.9 – Mô hình trường hợp I – Tạo mái dốc khi đào (Thasnanipan, 1998)

11

Hình 1.10 – Mô hình trường hợp II – Sử dụng cọc bản có chống chắn giữ hố đào

(Thasnanipan, 1998)

Hình 1.11 – Mô hình trường hợp III – Sử dụng cọc bản có hai tầng chống tạm

chắn giữ hố đào (Thasnanipan, 1998)

12

Hình 1.12 – Mô hình trường hợp IV – Sử dụng cọc bản có một tầng chống tạm

chắn giữ hố đào (Thasnanipan, 1998)

Bảng 1.1 – Khả năng chịu moment của cọc và moment gây ra trong cọc gần biên

hố đào do thi công hố đào (Thasnanipan, 1998)

Trường

hợp

Đường

kính cọc

(m)

Hàm lượng

cốt thép

(%)

Moment

gây nứt

(t.m)

Moment

cực hạn

(Whitney)

(t.m)

Moment khi

mô phỏng bằng

PLAXIS 2D

(t.m)

I 1.0 1.0 30 100 86.4

109.5*

II 1.0 0.75 30 79 149.7

III 1.5 0.5 102 188 117.2

255.7*

IV 0.6 0.35 6.5 9.2 13.3

Lưu ý:(*) moment trong cọc tại những vị trí có đắp đất ở bên ngoài tường cọc bản

hoặc mái dốc.

Trong trường hợp I và III cọc tại những vị trí có đất đắp bên ngoài thì moment

uốn trong cọc lớn hơn 10% và 36% khả năng chịu moment uốn cực hạn của cọc.

13

Trong trường hợp II thì moment uốn trong cọc gần tường cọc bản nhất và cọc

ở hàng thứ 2 lớn hơn 89% và 27% khả năng chịu moment uốn cực hạn của cọc. Thí

nghiệm siêu âm kiểm tra sự đồng nhất của cọc đã phát hiện vết nứt trong 35% các

cọc hàng thứ nhất và thứ 2.

Trong trường hợp IV kết quả mô hình cho thấy rằng moment uốn trong cọc do

quá trình thi công hố đào vượt quá khả năng chịu moment uốn cực hạn của cọc.

Từ kết quả phân tích phần tử hữu hạn (Thasnanipan, 1998) thấy rằng moment

uốn lớn nhất trong cọc nằm tại vị trí tiếp giáp giữa lớp đất sét yếu và sét cứng.

Hình 1.13 – Kết quả tính toán moment uốn và chuyển vị của cọc gần tường cọc bản

nhất. Trường hợp IV

14

Hình 1.14 – Mô hình 3D của các lớp địa chất (Kok, 2009)

Ngoài ra Kok (2009) đã trình bày nghiên cứu về một trường hợp ở phía Tây

Malaysia về sự phá hoại của cọc trong hố đào mở trong đất sét biển do chuyển vị

ngang của đất.Trong trường hợp này, độ dày của lớp đất sét biển rất mềm là 5m đến

7m tính từ mặt đất tự nhiên. Theo báo cáo khảo sát địa chất thì đất này có chỉ số

SPT ‘N’ = 0. Móng cọc được thiết kế để chống đỡ kết cấu bên trên. Thiết kế đã

không xét ảnh hưởng của hố đào mở đến cọc nên trong quá trình thi công đài cọc đã

không kiểm soát được chuyển vị ngang của đất, gây moment uốn trong cọc và kết

quả là một số cọc bị nứt và bị gãy. Kok (2009) đã dùng phần mềm PLAXIS 3D

Foudation để phân tích ngược. Mô hình Hardening soil được dùng trong phân tích.

Kết quả phân tích trong các giai đoạn đào được so sánh với khả năng chịu moment

gây nứt của cọc là 20,4 kN.m (cọc ly tâm ứng suất trước có đường kính 300mm và

môđun đàn hồi của bê tông cọc là 30000 MPa). Kok (2009) đã chỉ ra rằng 70% cọc

trong mô hình có moment uốn dọc trục trong cọc gây ra bởi thi công hố đào đều

vượt quá khả năng chịu moment uốn gây nứt cọc và kết quả là các cọc đều bị nứt.

Vị trí nứt tại mặt tiếp giáp giữa lớp đất sét yếu và sét cứng.

15

Hình 1.15 – Bản vẽ cho thấy vịt rí gãy cọc của 2 cọc nằm liền kề hố đào

(Kok, 2009)

Một số hình ảnh về nhóm cọc bị gãy được thể hiện trong hình 1.18 và hình

1.19 dưới đây:

Hình 1.16 – Hình ảnh 3 cọc bị gãy (Kok, 2009)

16

Hình 1.17 – Hình ảnh nhóm 6 cọc bị gãy (Kok, 2009)

Nhận xét:

Tổng hợp từ các nghiên cứu trên thì các nguyên nhân chính gây ra sự cố cọc

bên trong hố đào là do:

- Tiến hành đào trước khi lắp đặt hệ chống đỡ.

- Lựa chọn hệ thống tường chắn không phù hợp để khống chế chuyển vị

của đất.

- Không xét tới tải thi công trên công trường.

- Thiết kế cọc không xét tới ảnh hưởng của tải trọng ngang do quá trình

thi công.

- Cốt thép trong cọc không đủ để chống chuyển vị của đất.

- Lớp đất sét yếu quá dày.

Ngoài ra, vị trí moment uốn lớn nhất trong cọc là tại mặt tiếp giáp giữa lớp đất

yếu và đất tốt.

17

4. Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Một số phương pháp được sử dụng giải quyết bài toán địa kỹ thuật là: Phương

pháp thực nghiệm, phương pháp cân bằng giới hạn và phương pháp số. Phương

pháp số bao gồm các phương pháp sai phân hữu hạn, phương pháp phần tử biên và

phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH). Phương pháp phân tử hữu hạn là một công

cụ hữu ích để giải quyết bài toán về sự tương tác của cấu tạo đất như thiết kế hố đào

và nền móng. Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn thích hợp hơn các phương

pháp khác bởi vì:

Phương pháp PTHH có khả năng phân tích bài toán 2 chiều và 3 chiều.

Phương pháp PTHH có thể kết hợp dễ dàng ứng xử phi tuyến của đất.

Phương pháp phần tử hữu hạn có nhiều ứng dụng, với nhiều gói phần mềm với

công cụ phương pháp phần tử hữu hạn như: Abaqus, ACTRAN, ADNIA, FLAC và

Plaxis…

2.1. Phân tích phần tử hữu hạn trong PLAXIS

Sự phát triển của phần mềm phần tử hữu hạn có tính thương mại trong phân

tích địa kỹ thuật được bắt đầu vào cuối những năm 80, và ngày nay đã phổ biến

rộng rãi. Có nhiều cách khác nhau để ứng dụng phần tử hữu hạn vào các ngành kỹ

thuật khác nhau, và vấn đề phân tích bài toán địa kỹ thuật cũng có những đặc trưng

riêng và thường rất phức tạp (Potts, 2002).

Trong chương này sẽ giới thiệu về phần mềm Plaxis 3D Foundation. Nó cũng

bao gồm giới thiệu cách thức tạo mô hình, sau đó sẽ đi tìm các đặc trưng trong

Plaxis 3D foundation của vật liệu.

2.1.1. PLAXIS 3D Foundation

Plaxis được nghiên cứu tại Đại học Delft vào năm 1987, là phần mềm sử dụng

phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích khu vực ven sông ở Hà Lan. Mãi đến

năm 2001 mới có mô hình 2D và khi đó PLAXIS 3D Tunnel đã được phát hành. Ba

năm sau, PLAXIS 3D Foundation được tạo ra, nó được phát tiển nhằm phục vụ tính

toán nền móng công trình và dùng trong ngành địa kỹ thuật như tính toán ổn định,

độ lún và biến dạng.

18

Khi nói rằng chuyển từ phân tích 2D sang 3D rất khả thi nhưng đồng thời sự

phức tạp cũng tăng lên. Điều này cũng chính là tăng khối lượng tính toán. Nếu một

tính toán chi tiết chỉ mất vài phút để thực hiện trong phân tích 2D, nhưng tính toán

tương tự trong phân tích 3D có thể mất hàng giờ. Mô hình phân tích ảnh hưởng của

các giai đoạn thi công hố đào đến cọc bên trong hố đào cũng là một trong các

trường hợp đó. PLAXIS 3D Foundation gồm ba phần chính, đó là mô hình (model),

tính toán (calculation) và xuất kết quả (Output).

2.1.2. Mô hình

Trong chế độ mô hình thì hình dạng của mô hình được xây dựng. Biên của các

lớp đất và đặc trưng vật liệu được thiết lập. Xây dựng các phần tử như tường và

dầm tại các vị trí trong mô hình và đặc trưng tiếp xúc được định nghĩa. Cuối cùng

lưới được tạo ra và đạt một độ mịn thích hợp. Trong đó việc lựa chọn mô hình đất là

rất quan trọng, và sẽ được trình bày trong phần sau.

2.1.3. Tính toán

Trong chế độ tính toán, một số bước tính toán có thể được tạo ra. Khác nhau

trường hợp tải và hình dạng được thiết lập để mô phỏng trình tự xây dựng công

trình thực tế. Đối với mỗi bước có thể thiết lập các điều kiện mực nước ngầm khác

nhau, các bộ phận công trình có thể được kích hoạt. Hố đào được mô phỏng bằng

cách chấm dứt hoạt động của các tập hợp. Các loại tính toán phải được định nghĩa

có thể là tính dẻo (Plastic) hoặc cố kết (consolidation). Phân tích cố kết

(consolidation) được sử dụng khi mô hình các ứng xử phụ thuộc vào thời gian như

sự phát triển và tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng hay khi yêu cầu tính toán độ lún do từ

biến. Tính toán tích dẻo (Plastic) được dùng để phân tích biến dạng đàn – dẻo

(elastic-plastic) theo lý thuyết biến dạng nhỏ (Brinkgreve, 2007). Ứng suất và biến

dạng được tính toán cho tất cả các nút còn trong trạng thái giới hạn.

2.1.4. Xuất kết quả

Trong phần chính thứ ba của Plaxis là chế độ xuất kết quả tính toán và được

dùng xử lý kết quả tính toán. Biến dạng, ứng xuất và áp lực nước lỗ rỗng sẽ được

19

thể hiện trong mỗi bước tính toán, còn đối với các cấu kiện công trình ta có thể xem

được moment uốn và lực cắt.

2.2. Tạo mô hình

Để phân tích phần tử hữu hạn trên phần mềm PLAXIS 3D Foundation thì điều

quan trọng đầu tiên là phải tạo mô hình hình học cho bài toán. Mô hình này mô tả

cấu trúc của công trình trong không gian 3 chiều được chương trình định nghĩa

thông qua các mặt phẳng làm việc và các hình trụ hố khoan địa chất. Mô hình bao

gồm các lớp địa tầng, kết cấu của công trình và các loại tải trọng. Mô hình phải đủ

lớn để biên bài toán không ảnh hưởng đến kết quả phân tích.

Mặt phẳng làm việc (Work Planes): là các mặt phẳng nằm ngang theo

trục x - z tương ứng với một cao độ y.

Điểm và đường thẳng (Geometry line): dùng để tạo mô hình hình học cho

bài toán.

Phần tử dầm (Beam): dùng để mô hình cho kết cấu thanh mảnh chịu uốn

và lực dọc trục như dầm móng…

Phần tử sàn (Floor): dùng mô phỏng cho kết cấu có chiều dày nhỏ theo

phương ngang và chịu uốn như bản móng…

Phần tử tường (Wall): dùng mô hình cho kết cấu có chiều dày nhỏ theo

phương đứng và chịu uốn như vách tầng hầm…

Phần tử cọc (Pile): dùng mô hình cho các loại cọc.

Phần tử lò xo (Spring): dùng để gắn kết vào một mặt của kết cấu và

khống chế mặt đó so với mặt khác. Phần tử này thường dùng mô phỏng

sự làm việc của cọc đơn.

Phần tử biên (Line Fixity): dùng để tạo biên khống chế cho bài toán.

Phần tử hố khoan (Borehole): dùng khai báo các lớp địa chất cho bài

toán.

20

Hình 2.1 – Yêu cầu tối thiểu của mô hình hố đào (Bakker, 2005)[5]

2.3. Chia lƣới phần tử

Để thực hiện tính toán phần tử hữu hạn,mô hình hình học trong PLAXIS 3D

Foundation phải được chia thành các phần tử nhỏ hơn, được gọi là chia lưới phần tử

hữu hạn. Mỗi phần tử bao gồm một số lượng nhất định các nút hình thành hệ thống

phương trình cho việc tính toán. Số lượng các nút nhiều sẽ kéo theo hệ thống

phương trình lớn hơn để máy tính giải quyết . Trong 2D mỗi nút có hai bậc tự do,

tức là các nút có thể di chuyển theo phương x và y, xem Hình 4.2

Hình 2.2 – Các phần tử và nút trong một mô hình 2D. Mỗi nút có hai bậc tự do,

được mô tả bởi các mũi tên trong hình nhỏ hơn, (Wiberg, 1974)[4]

Khi mô hình trong không gian ba chiều, mỗi nút có ba bậc tự do, kết quả là sẽ

cho một hệ thống phương trình lớn hơn vì thực tế rằng mỗi nút cũng có thể di

chuyển theo phương z.

Phần tử

Nút

21

Phân tích phần tử hữu hạn sẽ tiến hành theo ba bước, xem hình 2.3. Bước đầu

tiên là phân chia mô hình thành các phần nhỏ hơn bằng cách tạo ra các phần tử

(Generate elements) vào mô hình, trong đó mỗi phần tử tương đối dễ để giải từng

cái một. Bước tiếp theo là phân tích các phần tử (Element analysis). Bước cuối cùng

là phân tích hệ thống (System analysis) nơi mà tất cả các phần tử được kết nối với

một hệ thống bằng các điều kiện biên, (Wiberg, 1974).

Hình 2.3 – Các bước phân tích phần tử hữu hạn (Wiberg, 1974)[4]

Phân tích phần tử hữu hạn là một phương pháp tính gần đúng và nguồn lỗi

nhiều và thường không thể tránh khỏi (Wiberg, 1974). Số lượng nút trong mô hình

có tác động đáng kể đến kết quả tính toán. Số lượng phần tử lớn hơn tạo ra một số

lượng lớn các nút cho kết quả chính xác hơn mô hình có ít nút. Khi thiết kế các mô

hình phức tạp thì thích hợp có số nút cao hơn so với trường hợp đơn giản hơn.

Các thiết lập mặc định cho kích thước cluster trong PLAXIS 3D Foundation là

lưới thô (Coarse mesh). Chia lưới thế này có thể đủ kích thước khi mô hình các

trường hợp đơn giản và tính chính xác của tính toán không cần cao. Hệ thống

phương trình dễ dàng hơn cho máy tính để giải quyết và thời gian tính toán tương

đối ngắn.

Nếu cần độ chính xác cao hơn thì cần sự làm mịn các cluster. Nếu toàn bộ mô

hình cần được làm mịn, thì sử dụng chức năng Global coarseness để thay đổi kích

thước phần tử cả phương đứng và ngang với khoảng từ rất thô (Very coarse) đến

rất mịn (Very fine). Lưu ý rằng nếu chúng ta chia lưới 2D quá mịn sẽ làm tăng phần

tử khi tiến hành chia lưới 3D và đồng nghĩa là thời gian tính toán sẽ tăng lên.

22

Để xác định mô hình gồm bao nhiêu nút là đủ, Hannes và Daniel (2010) đã

thực hiện mô phỏng với số lượng các nút là tăng dần dần trên cùng một mô hình.

Kết quả được so sánh với chuyển vị, xem hình 2.4.

Hình 2.4 – Kết quả chuyển vị với số nút tăng dần trong mô hình 3D, (Hannes và

Daniel, 2010) [4]

2.4. Mô hình ứng xử của đất

2.4.1. Mô hình Mohr – Coulumb (MC)

Mô hình Mohr-Coulomb trong Plaxis được dựa trên ý tưởng của quy luật cơ

bản đàn - dẻo với mặt ngưỡng cố định không bị tác động bởi biến dạng dẻo và trạng

thái ứng suất của một điểm nằm trong mặt ngưỡng là đàn hồi thuần túy.

Không có quy luật tái bền hay hóa mềm yêu cầu đối với mô hình Mohr-

Coulomb vì nó được giả dịnh là dẻo thuần túy. Hàm ngưỡng dẻo, f , được giới thiệu

như là một hàm ứng suất và biến dạng mà có thể được trình bày như là một mặt

trong không gian ứng suất chính. Mô hình Mohr – Coulumb yêu cầu 5 thông số cơ

bản, xem Bảng 4.1.

Số lượng nút và chuyển vị

Tổ

ng

ch

uy

ển v

ị (m

m)

23

Bảng 2.1 – Đặc trưng vật liệu đất trong mô hình Mohr – Coulumb

Thông số Đơn vị Định nghĩa

E, Mô đun Young kN/m2 Mô đun đàn hồicủa đất

, Hệ số poisson - Sự thay đổi ứng suất vuông góc với hướng tải tác

dụng

, Góc ma sát ° Góc nội ma sát của đất

c, Lực dính kN/m2 Sức hút của các phân tử đất hạt mịn

, Góc giãn nở ° Sự thay đổi thể tích của đất trong suốt quá trình cắt

Hình 4.5 – Mô hình dẻo lý tưởng

Hình 2.6 – Xác định Eo và E50 qua thí nghiệm nén 3 trục thoát nước

2.4.2. Mô hình Hardening Soil (HS)

Đáp ứng đất khi chịu tải trọng là không tuyến tính, không đàn hồi và rất là phụ

thuộc vào cường độ của ứng suất. Mô hình đàn hồi không tuyến tính có thể được

24

trông đợi để mang lại dự đoán có thể chấp nhận của ứng xử đất tại một mức độ ứng

suất cắt tương đối nhỏ.

Mô hình Hardening-Soil là một mô hình nâng cao có thể được sử dụng để mô

phỏng ứng xử ứng suất - biến dạng của cả đất mềm và đất cứng (Schanz, 1998).

Đối với trường hợp thí nghiệm ba trục thoát nước, mô hình HS xấp xỉ đường cong

ứng suất lệch và biến dạng dọc trục bằng cách sử dụng đường hyperbol. Đường

cong hyperbol như thế có thể mô phỏng sử dụng mô hình đàn hồi không tuyến tính.

Duncan and Chang được nhiều người biết đến (Duncan and Chang, 1970); tuy

nhiên, mô hình HS loại bỏ đáng kể mô hình Duncan and Chang. Mô hình

Hardening-Soil sử dụng lý thuyết dẻo hơn là lý thuyết đàn hồi sử dụng trong mô

hình Duncan and Chang; vì thế, mô hình Hardening-Soil có khả năng mô phỏng

ứng ứng suất - biến dạng không hồi phục. Thêm vào đó, mô hình HS có khả năng

mô phỏng ứng xử biến dạng thể tích tái bền, mà nó không thể sử dụng trong mô

hình Duncan and Chang.

Tương tự như mô hình Mohr - Coulomb, giới hạn trạng thái ứng suất trong mô

hình HS được miêu tả theo thông số ứng suất có hiệu. Tuy nhiên, độ cứng đất được

miêu tả rất chính xác trong mô hình HS bằng cách sử dụng ba giá trị độ cứng đầu

vào khác nhau - độ cứng gia tải ba trục,

, độ cứng dở/nén lại ba trục,

,

và độ cứng gia tải nén cố kết,

. Không giống như mô hình Mohr - Coulomb,

mô hình HS cũng kể đến sự độc lập ứng suất của độ cứng đất, tức là độ giá trị độ

cứng đàn hồi tăng với ứng suất buồng trong mô hình HS.

Mô hình HS cho phép thay đổi biến dạng thể tích dẻo cũng như biến dạng cắt

dẻo do ứng suất lệch. So với mô hình Mohr - Coulomb, ứng xử dở tải của đất được

kể đến tốt hơn trong mô hình Hardening-Soil. Mô hình HS cũng có thể được sử dụng

để tính toán tin cậy sự phân bố áp lực dưới móng bè và bên cạnh kết cấu tường chắn

(Brinkgreve, 2007). Mô hình Mohr - Coulumb yêu cầu 5 thông số cơ bản, xem bảng

2.2

25

Bảng 2.2 – Đặc trưng vật liệu đất trong mô hình Hardening Soil


kN/m2

Độ cứng đường cát tuyến trong thí

nghiệm nén 3 trục chuẩn

kN/m2 Độ cứng tiếp xúc với tải nén cố kết chính

kN/m2

Độ cứng dở tải/gia tải lại(

)

m - Năng lượng phụ thuộc vào mức độ ứng

suất của độ cứng

, Góc ma sát ° Góc nội ma sát của đất

c, Lực dính kN/m2 Sức hút của các phân tử đất hạt mịn

, Góc giãn nở ° Sự thay đổi thể tích của đất

trong suốt quá trình cắt

Hình 2.7 – Xác định E50ref

qua thí nghiệm nén 3 trục thoát nước

Đường tiệm cận

Đường phá hoại

26

Hình 2.8 – Xác định Eoedref

qua thí nghiệm nén cố kết (Oedometer)

2.5. Đặc trƣng vật liệu của tƣờng vây cừ Larsen (Sheet pile wall)

Tường cừ Larsen được mô hình hóa là đàn hồi tuyến tính và do đó có thể

không bao giờ đi đến phá hoại. Để mô phỏng cấu trúc chắn giữ, PLAXIS 3D

Foundation đã sử dụng phần tử tường (wall). Để mô phỏng ứng xử thực tế của

tường trong không gian 3 chiều thì phải xem xét ứng xử theo tường phương khác

nhau. Vì cừ Larsen không như các loại tường khác là đường thẳng mà là tấm tường

lượn sóng, vì thế khi mô phỏng ta phải sử dụng mô hình vật liệu không đẳng hướng.

Từ đó, độ cứng chống uốn của tường sẽ khác nhau theo những hướng khác nhau.

Trong PLAXIS 3D Tunnel, các bức tường chỉ có thể mô phỏng đẳng hướng, có

nghĩa là độ cứng uốn là giống nhau trong tất cả các hướng. Đây không phải là ứng

xử thực tế của tường cừ Larsen.Trong PLAXIS 3D Foundation vấn đề này đã được

giải quyết, và các bức tường có thể có đặc trưng không đẳng hướng. Bây giờ, vấn đề

là tìm các đặc trưng dùng để mô phỏng ứng xử thực tế của tường cừ Larsen. Hệ trục

địa phương và đặc trưng của tất cả các hướng thể hiện trong hình 2.9. Các thông số

tường cừ Larsen trong PLAXIS 3D Foundation trình bày trong bảng 2.3

27

Hình 2.9 – Hệ trục địa phương của phần tử tường và các đại lượng khác

Hình 2.10 – Các đại lượng chính của tường cừ Larsen

Bảng 2.3 – Đặc trưng vật liệu của tường cừ Larsen với ứng xử đàn hồi tuyến tính.


d m Chiều dày tương đương

E1 kPa Mô đun đàn hồi theo trục 1

E2 kPa Mô đun đàn hồi theo trục 2

G12 kPa Mô đun cắt trong mặt phẳng

G13 kPa Mô đun cắt không trong mặt phẳng liên quan

đến biến dạng cắt qua trục 1

G23 kPa Mô đun cắt không trong mặt phẳng liên quan

đến biến dạng cắt qua trục 2

Khi có các thông số cơ bản của tường cừ Larsen như: t (chiều dày tường), h

(tổng chiều cao), A (diện tích mặt cắt ngang trên 1m tường), I1(moment quán tính),

28

Esteel (mô đun đàn hồi của thép), và steel (trọng lượng riêng của thép). Thì các thông

số để mô hình hóa có thể được tính bằng những công thức sau theo hướng dẫn của

PLAXIS 3D Foundation:

d = h

Hình 2.11 – Thông số cơ bản của tường cừ Larsen

( )

( )

( )

Trong đó:

I1– Moment quán tính chống uốn trên trục 1.

I2– Momentquán tính chống uốn trên trục 2.

I12– Moment quán tính chống xoắn.

A13– diện tích mặt cắt ngang hữu hiệu cho lực cắt Q13.

A23– diện tích mặt cắt ngang hữu hiệu cho lực cắt Q23.

29

2.6. Đặc trƣng vật liệu của phần tử dầm (wailing beam)

Dầm (wailing beam) dùng để phân bố tải gây ra bởi đất xung quanh hố đào. Đối

với dầm không đẳng hướng, như H300 thì sẽ có đặc trưng khác nhau ở hướng khác

nhau. Đặc trưng này thường được cung cấp bởi nhà sản xuất thép. Đặc trưng vật

liệu dầm ứng xử đàn hồi được định nghĩa trong Bảng 2.4

Bảng 2.4 – đặc trưng vật liệu dầm ( wailing beam)


A m2 Diện tích mặt cắt ngang dầm

kN/m3

Trọng lượng riêng

E kN/m2 Mô đun đàn hồi dọc trục

I2 m4

Moment quán tính chống uốn quanh trục 2

I3 m4 Moment quán tính chống uốn quanh trục 3

I23 m4 Moment quán tính chống uốn xiên (bằng 0

cho mặt cắt dầm đối xứng)

Hình 2.12 – Hệ trục địa phương của phần tử dầm

30

2.7. Đặc trƣng vật liệu của phần tử cọc (Pile)

Cọc là đối tượng dùng để thay thế những kết cấu dạng khối, với mặt cắt ngang

có dạng vuông, tròn hoặc theo yêu cầu của người thiết kế. Trước khi tạo cọc cần

thiết lập mặt phẳng làm việc tương ứng với đầu trên và đầu dưới của cọc.

Bảng 2.5 – Đặc trưng vật liệu của cọc


d m Đường kính hay bề rộng cọc

kN/m3

Trọng lượng riêng

E kN/m2 Mô đun đàn hồi của vật liệu làm cọc

- Hệ số possion

2.8. Phần tử lò xo (Spring)

Lò xo là một đối tượng dùng để liên kết vật thể với đất. Nó được dùng để thay

thế cọc khi bỏ qua tương tác giữa cọc với đất. Ngoài ra nó cũng được dùng thay thế

mỏ neo hay cừ để gia cố cho tường chắn.

Lò xo luôn nằm trên mặt phẳng làm việc, do đó cần phải lựa chọn mặt phẳng

phù hợp trước khi tạo lò xo.

- 31 -

Chƣơng 3: PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA HỐ ĐÀO SÂU

TRONG ĐẤT YẾU ĐẾN CỌC BÊN TRONG HỐ ĐÀO

Trong quá trình thi công hố đào sâu, dưới tác dụng của áp lực đất xung quanh,

tải trọng bề mặt và các yếu tố khác, tường chắn đất sẽ bị dịch chuyển đồng thời

cũng gây dịch chuyển đất trong hố đào nhất là trong đất yếu. Điều này không những

làm ảnh hưởng đến nội lực trong bản thân tường chắn, nội lực trong hệ thanh chống

mà còn có thể gây ra chuyển vị và nội lực trong cọc. Nếu chuyển vị và nội lực trong

cọc vượt quá giới hạn cho phép sẽ dẫn đến cọc bị phá hoại.

Do đó, để có thể dự tính được mức độ ảnh hưởng của hố đào sâu đến ổn định

của cọc bên trong hố đào, ta cần phải dự tính được chuyển vị của tường chắn và sự

dịch chuyển của đất nền xung quanh trong suốt quá trình thi công hố đào từ đó xác

định được phạm vi, mức độ ảnh hưởng do chuyển vị đó gây ra. Vì vậy để giải quyết

được các vấn đề này, tác giả sẽ phân tích các vấn đề sau:

1. Thiết lập biểu đồ chuyển vị ngang và moment uốn của cọc bên trong hố đào.

Từ đó xác định mức độ ảnh hưởng của hố đào sâu đến cọc bên trong hố đào.

2. Thiết lập quan hệ giữa chiều sâu tường cắm vào đất với chuyển vị và moment

uốn của cọc bên trong hố đào. Đưa ra giải pháp hạn chế ảnh hưởng do việc thi

công hố đào sâu gây ra cho cọc bên trong hố đào.

3.1. Phƣơng pháp tính toán

Hiện nay, có rất nhiều phương pháp để tính toán ổn định và biến dạng của hố

đào sâu, từ những phương pháp cổ điển đến những phương pháp hiện đại. Tuy

nhiên, các tiêu chuẩn và phương pháp giải tích áp dụng để tính toán cho các công

trình hố đào sâu ở Việt Nam vẫn chưa được thống nhất.

Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, việc áp dụng các phương

pháp phần tử hữu hạn vào trong tính toán các bài toán địa kỹ thuật ngày càng trở

nên phổ biến trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Vì vậy, trong báo cáo này chúng ta

chọn phương pháp phần tử hữu hạn – phần mềm PLAXIS 3D Foundation để phân

tích các vấn đề nêu trên.

- 32 -

Kích thước

- Hố đào

- Hệ thanh chống

- Khoảng cách cọc đến

hố đào

- Cọc

Thông số

- Đất

- Tường

- Thanh chống

- Cọc

Tạo

mô hình hình họcVật liệu Điều kiện biên

Chia lưới

2D và 3D

Thiết lập

ứng suất ban đầu

Dữ liệu đầu vào

Tính toán

Xuất kết quả

Kích hoạt cọc

Kích hoạt

tường chắn

Đào và kích hoạt

thanh chống

Đất

Biến dạng đất nền

Tường chắn

- Chuyển vị ngang

- Moment uốn

Cọc

- Chuyển vị ngang

- Moment uốn

Hình 3.1 – Quy trình phân tích

Thể hiện trong hình 3.1, PLAXIS có ba phần chính: đầu vào, tính toán và đầu

ra. Đầu vào nói chung bao gồm 5 giai đoạn: tạo mô hình, vật liệu đầu vào, điều kiện

biên, chia lưới phần tử 2D và 3D và sự tạo ra ứng suất ban đầu. Tạo mô hình hình

học yêu cầu kích thước của hố đào, hệ chống đỡ, khoảng cách giữa hố đào và cọc.

Số liệu đầu vào cần phải biết về thông số của đất, tường chắn đất, hệ thống chống

đỡ và cọc. Tính toán là một quá trình gồm: xác định các bước thi công như kích

hoạt cọc và tường vây, tiến hành đào và lắp đặt thanh chống. Phần xuất kết quả là

quá trình sau cùng nó sẽ cho chúng ta những kết quả ứng xử của mô hình.Trong

nghiên cứu này chúng ta cần biết về độ lún bền mặt của đất, chuyển vị ngang của

tường, moment trong tường, chuyển vị ngang của cọc và moment trong cọc, chúng

được coi là các đặc trưng quan trọng được quan tâm trong thiết kế.

- 33 -

3.2. Phân tích ảnh hƣởng của cọc bên trong hố đào ứng với công trình thực tế

3.2.1. Các đặc điểm cơ bản của công trình

Công trình Khu dân cư 15 tầng, Quận 8 – TP. Hồ Chí Minh có quy mô 15 tầng

và 1 tầng hầm. Công trình sử dụng móng cọc ống bê tông ly tâm ứng suất trước để

chống đỡ kết cấu bên trên. Cừ Larsen loại IV dài 6,0m được dùng để chắn giữ hố

đào trong quá trình thi công tầng hầm. Hố đào có kích thước 52,4m×33,9m, thi

công bằng biện pháp đào mở.

Các bước thi công:

Bước 1:Thi công ép cọc ống bê tông ly tâm ứng suất trước đường kính

600mm (gồm 3 đoạn, mỗi đoạn dài 12m).

Bước 2: Thi công tường cừ Larsen.

Bước 3: Đào đất đến cao độ -1,8m (so với mặt đất tự nhiên (MĐTN). Đào

đến đâu tiến hành giằng đầu cừ đến đó. Vận chuyển đất đi qua lô đất

khác.

Bước 4: Đào đất đến cao độ đáy đài là -3,8m (so vớiMĐTN) để thi công

đài móng. Tiến hành đồng thời đào rãnh và mương thoát nước. Đóng cừ

neo và thi công chống xiên.

Hình 3.2 – Mặt bằng tổng thể thi công hố đào

34

Hình 3.3 – Mặt bằng thi công hố đào

35

36

Hình 3.4 – Chi tiết cáp neo đầu cừ

Hình 3.5 – Mặt cắt sau khi thi công cọc và tường cừ Larsen

Hình 3.6 – Mặt cắt sau khi thi công đào đến độ sâu -1,8m so với MĐTN

37

Hình 3.7 – Mặt cắt sau khi thi công đào đến độ sâu -3,8m so với MĐTN

Hình 3.8 – Chi tiết chống xiên trong hầm và neo cáp ngoài hầm

3.2.2. Các thông số và mô hình vật liệu

3.2.2.1. Thông số đất sử dụng trong mô hình

Dựa trên cơ sở hồ sơ khảo sát địa chất công trình tác giả tiến hành phân tích và

lựa chọn các thông số bền và biến dạng của nền đất để mô phỏng bài toàn hố đào

trong chương trình PLAXIS 3D Foundation.

3.2.2.2. Thông số tường cừ Larsen

Hệ tường cừ Larsen FSP – IV được thi công bằng búa rung được đóng tới cao

độ -5,35m (so với MĐTN). Dựa vào thông số kỹ thuật từ nhà sản xuất của cừ

38

SPT N = 0

SPT N = 3

SPT N = 17

SPT N = 49

Đất đắp, dày 1m

Bùn sét trạng thái chảy,

dày 25m

Cát mịn trạng thái chặt vừa,

dày 13,9m

Bùn sét xen lẫn thấu kính cát

trạng thái dẻo, dày 8,5m

Sét trạng thái cứng,

dày >11,6m

Larsen FSP – IV ta tiến hành tính toán các thông số của tường trong mô phỏng bằng

phần mềm PLAXIS 3D Foundation .

5. Hình 3.9 – Mô hình 3D của các lớp địa chất

Bảng 3.1 – Các thông số của cừ Larsen từ nhà sản xuất

FSP - IV

Diện tích mặt

cắt ngang

cm2

Khối lượng/m

kg/m

Moment

quán tính

cm4

Mô đun

đàn hồi

cm3

Trên m tường 242,5 190 38600 2270

Hình 3.10 – Kích thước cừ Larsen loại IV

Bảng 3.2 – Thông số đất nền sử dụng mô hình Mohr – Coulomb (MC)

Thông số Ký hiệu Đất đắp

Lớp 1

Bùn sét –

Trạng thái

chảy

Lớp 2

Bùn sét xen kẹp thấu

kính cát – Trạng thái

dẻo chảy

Lớp 3

Cát – Trạng

thái chặt vừa

Lớp 4

Sét –

Trạng thái

cứng

Đơn

vị

Chiều dày - 1,0 25 8,5 13,9 11,6 m

Mô hình vật liệu Model MC MC MC MC MC -

Ứng xử của vật liệu Type Drained Undrained Undrained Drained Undrained -

Dung trọng tự nhiên (unsat.) 18 14.5 16.6 19.5 20.5 kN/m3

Dung trọng bão hòa (sat.) 18 14.5 16.6 19.5 20.5 kN/m3

Hệ số thấm kx=ky=kz 8.64e-2 8.64e-6 8.64E-5 8.64E-3 8.64E-6 m/ngà

y

Môđunđàn hồi Eref 10000 2500 6500 26000 74000 kN/m2

Hệ số Poisson ’ 0.25 0.33 0.3 0.25 0.25 -

Lực dính c’/cu 0.1 9 11 3 52 kN/m2

Góc nội ma sát /u 28 4 6 28 18 o

Góc giãn nở 0 0 0 0 0 o

Hệ số giảm ứng suất tiếp xúc Rinter 1 1 1 1 1 -

39

40

Tính toán dựa vào các công thức trình bày ở mục 2.5.

d = h = 170×2 = 340mm = 0,34m

( )

( )

( )

Bảng 3.3 – Thông số cừ Larsen FSP – IV dùng trong mô hình

Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị

Bề rộng d 0,34 m

Trọng lượng riêng 5,6 kN/m3

Loại ứng xử - Linear, non-isotropic -

Môđun đàn hồi E1 24,749.106

kPa

E2 1,237.106

kPa

Môđun cắt G12 1,237.106

kPa

G13 2,496.106

kPa

G23 7,489.105

kPa

41

3.2.2.3. Thông số thanh chống xiên và giằng đầu cừ Larsen

Thanh chống xiên tại góc hố đào và giằng đầu cừ Larsen sử dụng thép hình

H300×300×10×15tại cao trình MĐTN, sử dụng thép mác SS400 (CCT42) có mô đun

đàn hồi E = 2,1×108 kN/m

2, cường độ tính toán f = 2450 kG/cm

2, fv = 1350 kG/cm

2.

Bảng 3.4 – Đặc trưng vật liệu của thanh chống xiên và gằng đầu cừ

Thông số Ký hiệu Thanh chống và

giằng đầu cừ Đơn vị

Diện tích mặt cắt ngang A 119,8.10-4

m2

Trọng lượng riêng 78,5 kN/m3

Ứng xử của vật liệu - Linear -

Môđun đàn hồi E 2,1.108

kN/m2

Moment quán tính I2 20,4.10-6

m4

I3 0,675.10-6

m4

3.2.3. Thông số cọc sử dụng trong mô hình

Công trình sử dụng móng cọc ống bê tông ly tâm ứng suất trước PHC đường

kính 600mm, chiều dày thành ống 100mm. Cọc ống loại A, có diện tích mặt cắt

ngang 15.7080mm2, cường độ bê tông cọc là 78,5N/mm

2. Cọc sử dụng 6 cây thép

đường kính 7,1mm. Sự phá hoại của cọc sẽ dựa vào moment gây nứt cọc là Mcr =

166,8kN.m. Mô đun đàn hồi của bê tông được dùng trong phân tích là 30.000Mpa.

Hệ số possion 0,2.

Trong phân tích nếu ta sử dụng mô hình cọc ống thì sẽ tạo ra số phần tử lớn,

điều này cần hạn chế trong mô phỏng bằng phần PLAXIS 3D Foundation. Vì khi số

phần tử tăng lên đồng nghĩa thời gian và khối lượng tính toán sẽ tăng lên. Để đơn

giản hóa trong quá trình phân tích chúng ta đề xuất phương án sử dụng cọc đặc để

mô phỏng. Cọc đặc này sẽ có đường kính 600mm bằng đường kính ngoài của cọc

ống, mục đích đảm bảo mặt đón lực của 2 cọc là như nhau. Mô đun đàn hồi của bê

tông cũng được quy đổi tương đương thông qua công thức:

42

(

)

(

)

( )

( )

Trong đó:

Ed – Mô đun đàn hồi của bê tông cọc đặc.

Er – Mô đun đàn hồi của bê tông cọc ống.

Jd – Moment quán tính cọc đặc.

Jr – Moment quán tính cọc ống.

Dn – Đường kính ngoài của cọc.

Dt – Đường kính trong của cọc ống.

Chúng ta tiến hành mô phỏng trên PLAXIS 3D Foundation 2 trường hợp sử

dụng cọc đặc và cọc ống, trong đó cọc đặc được quy đổi độ cứng tương đương với

cọc ống. Biểu đồ chuyển vị của cọc trong 2 trường hợp theo giai đoạn đào, hình

3.12

a b

Hình 3.11 – Chuyển vị tại các giai đoạn thi công đào của cọc rỗng và cọc đặc

a) Chuyển vị của cọc khi đào đến cao độ -1,2m

b) Chuyển vị của cọc khi đào đến cao độ -2,4m

43

6. Hình 3.12 – Kết quả chuyển vị của cọc rỗng và cọc đặc có độ cứng tương đương

Nhận xét: Chuyển vị của cọc đặc có độ cứng tương đương với cọc ống cho

kết quả chuyển vị giống với chuyển vị của cọc ống.

Kết luận: Vậy để đơn giản hóa mô phỏng cọc ống trong PLAXIS 3D

Foundation ta có thể quy đổi về cọc đặc với độ cứng tương đương, nhưng không

thay đổi đường kính ngoài của cọc để đảm bảo điều kiện đón lực như nhau.

Bảng 3.5 – Đặc trưng vật liệu của cọc sử dụng trong mô hình

Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị

Loại cọc - Massive circular pile

Đường kính cọc d 0,6 M

Trọng lượng riêng 14 kN/m3

Mô đun đàn hồi E 2,41.107

kN/m2

Hệ số possion 0,2 -

44

3.2.4. Phụ tải mặt đất

Xung quanh công trình có 3 mặt tiếp giáp với đường, khoảng cách từ công

trình đến các công trình dân dụng khá xa nên trong luận văn này bỏ qua tải này.

Trong quá trình thi công còn có tải của máy thi công, nên phụ tải được lấy là 10

kN/m2 và cách mép ngoài tường cừ Larsen là 2,5m, đặt ở mặt đất tự nhiên

(MĐTN). Ngoài ra, khi thi công đào, đất được chuyển và tập kết cách hố đào

khoảng 11m trên diện tích 200m2 và cao khoảng 4m nên chúng ta lấy bằng

70kN/m2.

3.2.5. Điều kiện mực nƣớc ngầm

Mực nước ngầm xuất hiện cách MĐTN -1,5m. Toàn bộ hố đào được thực hiện

trong lớp đất số bùn sét có hệ số thấm rất bé nên sẽ không xuất hiện dòng thấm từ

bên ngoài vào trong hố đào. Nước xuất hiện cục bộ trong hố đào sẽ dùng rãnh thu

về các hố và bơm ra ngoài.

Hình 3.13 – Mặt bằng vị trí khối đất.

45

3.2.6. Phân tích ảnh hƣởng của cọc bên trong hố đào ứng với trƣờng hợp

thực tế.

3.2.6.1. Mô hình trong PLAXIS 3D Foundation

Hình 3.14 – Mặt bằng mô hình trong phân tích phần tử hữu hạn

a) b)

Hình 3.15 – a) Chia lưới 2D; b) Chia lưới 3D

46

Hình 3.16 – Mô hình cọc, tường và hệ neo

a) b)

Hình 3.17 – Các giai đoạn thi công đào

a) Đào đến cao độ -1,8m

b) Đào đến cao độ -3,8m

47

3.2.6.2. Kết quả tính toán

Hình 3.18 – Biến dạng của hố đào khi đào đến cao độ -3,8 so với MĐTN

Hình 3.19 – Vùng biến biến dạng dẻo

48

a) b)

Hình 3.20 – a) Chuyển vị của cọc khi đào đến cao độ -1,8m;

b) Chuyển vị của cọc khi đào đến cao độ -3,8m;

a) b)

Hình 3.21 – a) Moment của cọc khi đào đến cao độ -1,8m;

b) Moment của cọc khi đào đến cao độ -3,8m;

49

3.2.6.3. Phân tích kết quả tính toán

7. Hình 3.22 – Mặt bằng cọc được sử dụng trong phân tích so sánh

Thực tế ngoài hiện trường vị trí cọc bị nghiêng lệch lớn nhất như trong hình

3.22. Nên trong nghiên cứu này chúng ta chỉ tập trung phân tích kết quả tính toán

khu vực trên.

a) Phân tích chuyển vị của cọc

Từ kết quả tính toán của PLAXIS 3D Foundation ta vẽ biểu đồ chuyển vị lớn

nhất của các cọc theo các giai đoạn thi công đào đất

Giai đoạn 1: Đào đến cao độ -1,8m (so với MĐTN)

Từ biểu đồ ta thấy, khi tiến hành đào giai đoạn 1 thì các cọc chuyển vị rất nhỏ

dao động trong khoảng 7cm đến 8cm. Vị trí chuyển vị lớn nhất của cọc nằm ở cao

độ -11m so với MĐTN.

Giai đoạn 2: Đào đến cao độ -3,8m (so với MĐTN)

Từ biểu đồ ta thấy, khi tiến hành đào giai đoạn 2, với tải khối đất lân cận lớn

(70kN/m2) gây ra chuyển vị rất lớn cho các nhóm cọc gần tường, chuyển vị lớn nhất

tại đỉnh cọc và giảm dần khi xuống sâu phía dưới. Chuyển vị lớn nhất là cọc số 121,

50

122, 123 và 150, có giá trị lần lượt là 101,5cm; 100cm; 105cm và 93,6cm. Các cọc

còn lại thì dao động trong khoảng 48‚84cm.

Hình 3.23 – Biểu đồ chuyển vị lớn nhất của các cọc theo các giai đoạn thi công

đào đất

b) Phân tích nội lực trong cọc

Trong suốt quá trình đào ứng xử của cọc còn được so sánh với moment kháng

nứt của cọc Mcr = 166,8 kN.m. Như vậy, khi moment uốn trong cọc vượt quá giá trị

này thì cọc đó xem như bị nứt. Nếu cọc đạt 80%Mcr thì giả định cọc đạt trạng thái

giới hạn. Kết quả so sánh được tóm tắt trong Bảng 3.6.

Moment uốn của các cọc trong mô phỏng bằng PLAXIS 3D Foundation cho

kết quả lớn hơn 80%Mcr, điều này sẽ dẫn đến cọc bị nứt. Đồng thời cũng phù hợp

với kết quả kiểm tra độ đồng nhất của cọc ngoài hiện trường bằng phương pháp

biến dạng nhỏ (PIT).

51

Hình 3.24 – Biểu đồ Moment uốn lớn nhất trong các cọc theo giai đoạn thi công

Bảng 3.6 – Moment uốn lớn nhất của cọc từ mô hình phần tử hữu hạn 3D và kết

quả kiểm tra độ đồng nhất của cọc bằng phương pháp biến dạng nhỏ(PIT)

Số thứ

tự cọc

Điều kiện làm việc của cọc

Kết quả tính toán bằng

PLAXIS 3D Foundation

Kết quả thí nghiệm hiện trƣờng bằng

Phƣơng pháp biến dạng nhỏ (PIT)

121 Cọc bị gãy Cọc có khả năng bị nứt hay mối nối

không tốt

122 Cọc bị gãy Cọc đồng nhất

123 Cọc bị gãy Cọc bị nứt

124 Cọc bị nứt Cọc đồng nhất






153 Cọc bị nứt Cọc bị nứt

154 Cọc bị nứt Cọc bị nứt

52

C) Phân tích chuyển vị của cọc với quan trắc ngoài hiện trường

Chọn nhóm cọc như hình 3.25 (có chuyển vị ngang lớn nhất) để phân tích. Từ

bảng kết quả chuyển vị của cọc trong PLAXIS ta vẽ được biểu đồ chuyển vị ngang

của hàng cọc (số 150, 151, 152) theo từng giai đoạn thi công hố đào.

Hình 3.25 – Mặt bằng nhóm cọc sử dụng phân tích

Giai đoạn 1: Đào đất đến cao độ -1,8m (so với MĐTN):

- Ta thấy rằng chuyển vị ngang lớn nhất của các cọc tương đối nhỏ, dao dộng

từ 4,5cm đến 6,5cm và các cọc càng xa dần tường cừ Larsen thì giá trị chuyển vị

càng giảm dần. Các cọc trên có giá trị chuyển vị lớn nhất tại cao độ -11m so với

MĐTN, nó gần như nằm ở giữa cao độ của lớp đất yếu. Trong giai đoạn này ta

không xét đến quan trắc ngoài hiện trường.

53

Hình 3.26 – Kết quả chuyển vị ngang của cọc so với quan trắc hiện trường

54


- Từ kết quả thấy rằng cọc có chuyển vị ngang lớn nhất của tất cả các cọc đều

nằm tại đỉnh cọc (cao độ 0,0m so với MĐTN). Giá trị chuyển vị ngang lớn nhất và

giá trị quan trắc của từng cọc là: cọc 150 (chuyển vị 93,4cm - quan trắc 155,7cm);

cọc 151 (chuyển vị 83,4cm - quan trắc 148,3cm); cọc 153 (chuyển vị 54,9cm - quan

trắc 74,5cm); cọc 154 (chuyển vị 48,6cm - quan trắc 71,3 cm); cọc 155 (chuyển vị

30cm - quan trắc 26,5cm); cọc 156 (chuyển vị 28,7cm - quan trắc 19,4cm); cọc 158

(chuyển vị 21,3cm - quan trắc 13,7cm); cọc 159 (chuyển vị 20,7cm - quan trắc

18,5cm). Ta thấy nhóm cọc 150, 151, 152, 154 có giá trị quan trắc chuyển vị rất

khác so với chuyển vị theo mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 3D Foundation vì

trong thực tế thì nhóm cọc này đã bị gãy và bị đẩy ra xa, còn theo phần mềm Plaxis

thì mô phỏng vật liệu của cọc là đàn hồi tuyến tính nên không bị phá hoại vẫn giữ

nguyên hiện trạng của chuyển vị của cọc. Còn nhóm cọc 155, 156, 158, 159 có giá

trị chuyển vị xấp xỉ với giá trị quan trắc ngoài hiện trường.


của cọc và khoảng cách từ cọc đến tường theo chiều sâu lớn nhất hố đào.

Sử dụng phần mềm excel và kết quả chuyển vị của cọc thì ta nhận thấy vùng ảnh

hưởng chuyển vị của cọc bên trong hố đào khoảng 4,5H (H là chiều sâu hố đào).

55

Kết luận:

Khi sử dụng các thông số đầu vào ở mục 4.2.2 để mô phỏng bằng phần

mềm PLAXIS 3D Foundation thì cho kết quả chuyển vị ngang và moment uốn của

cọc xấp xỉ với giá trị quan trắc ngoài hiện trường. Như vậy, ta có thể sử dụng bộ

thông số này để mở rộng phân tích cho những trường hợp khác.

Với lớp đất yếu dày (bùn sét – trạng thái chảy - 25m) cùng với sự tác động

của phụ tải khối đất đắp lớn (70kN/m2) và gần hố đào nên dẫn đến chuyển vị và

moment uốn trong cọc phát sinh lớn, cọc vượt quá moment kháng uốn của cọc. Giá

trị chuyển vi cực đại tại đỉnh cọc và moment cực đại tại cao độ -16m so với MĐTN.

Vùng ảnh hưởng chuyển vị của cọc bên trong hố đào là khoảng 4,5H (H là

chiều sâu của hố đào).

=>Với sự ảnh hưởng như vậy thì chúng ta phải có nhiều giải pháp khắc phục

sự cố trên để đảm bảo cho công trình trong quá trình thi công. Do dó giải pháp trước

tiên chúng ta xét đến sự dịch chuyển phụ tải khối đất đắp ra xa dần công trình. Phần

này sẽ được trình bày trong mục sau.

56

3.2.7. Phân tích ảnh hƣởng của cọc bên trong hố đào trong trƣờng hợp

dời dần khối đất đắp ra xa

Như đã phân tích ở phần trên thì ta thấy sự ảnh hưởng của khối đất đắp đến

các cọc bên trong hố đào là rất lớn, làm cho một số cọc bị phá hoại. Để khắc phục

vấn đề đó, chúng ta dịch chuyển khối đất ra xa dần theo từng khoảng cách nhất định

so với vị trí khối đất ban đầu để phân tích sự ảnh hưởng của khối đất đến các cọc

trong hố đào và cùng với việc đó thì chúng ta so sánh TCVN 7888:2008 về moment

kháng uốn của cọc trong công trình.

Trong phần này chúng xét khoảng cách từ khối đất đắp đến tường cừ Larsen

lần lượt là 3H, 5H, 7H, 9H, 11H, 13H, 15H (với H=4m là khoảng cách tương đương

với chiều sâu lớn nhất của hố đào).

3.2.7.1. Mô hình trong PLAXIS 3D Foundation

Hình 3.28 – Các trường hợp chia lưới 2D;

a) Bỏ tải khối đất đắp; e) Dời tải khối đất đắp9H;

b)Dời tải khối đất đắp3H; f)Dời tải khối đất đắp11H;

c)Dời tải khối đất đắp5H; g)Dời tải khối đất đắp13H;

d)Dời tải khối đất đắp7H; h)Dời tải khối đất đắp15H;

57

8. Hình 3.29 – Các trường hợp chia lưới 3D;

a) Bỏ tải khối đất đắp; e) Dời tải khối đất đắp 9H;

b)Dời tải khối đất đắp 3H; f)Dời tải khối đất đắp 11H;

c) Dời tải khối đất đắp 5H; g)Dời tải khối đất đắp 13H;

d)Dời tải khối đất đắp 7H; h)Dời tải khối đất đắp 15H;

58

3.2.7.2. Kết quả tính toán

9. Hình 3.30 – Các trường hợp chuyển vị;


b) Dời tải khối đất đắp3H; f) Dời tải khối đất đắp11H;

c) Dời tải khối đất đắp5H; g) Dời tải khối đất đắp13H;

d) Dời tải khối đất đắp7H; h) Dời tải khối đất đắp15H;

59

10. Hình 3.31 – Các trường hợp moment uốn


b) Dời tải khối đất đắp3H; f) Dời tải khối đất đắp11H;

c) Dời tải khối đất đắp5H; g) Dời tải khối đất đắp13H;

d) Dời tải khối đất đắp7H; h) Dời tải khối đất đắp15H;

60

3.2.7.3. Phân tích kết quả


Tương tự như phần phân tích của công trình thực tế, thì các trường hợp dịch

chuyển khối đất đắp ra xa, ta có biểu đồ chuyển vị của cọc ứng với các trường hợp

như sau:



hợp dời khối đất đắp ra xa hố đào và trường hợp không khối đất đắp khi đào -1,8m.

61

Hình 3.32b – Biểu đồ so sánh kết quả so sánh chuyển vị ngang lớn nhất của cọc

trong các trường hợp dời khối đất đắp ra xa hố đào và trường hợp không khối đất

đắp khi đào -1,8m.

62

Trong giai đoạn này cọc có xu thế bị uốn cong, vị trí bị uốn cong lớn nhất nằm

tại cao độ -11m so với MĐTN và giá trị chuyển vị của trong các trường hợp còn

nhỏ.Càng dời khối đất đắp ra xa thì giá trị chuyển vị vẫn giảm xuống nhưng không

đáng kể.



hợp dời khối đất đắp ra xa hố đào và trường hợp không khối đất đắp khi đào -3,8m.

63

Hình 3.33b – Biểu đồ so sánh kết quả so sánh chuyển vị ngang lớn nhất của cọc

trong các trường hợp dời khối đất đắp ra xa hố đào và trường hợp không khối đất

đắp khi đào -3,8m.

64

- Từ hình 3.33a ta thấy trường hợp thực tế thì cọc có chuyển vị lớn nhất tại

đỉnh cọc, càng dời khối đất đắp ra xa thì cọc có xu thế bị uốn cong tại vị trí dưới

chân tường chắn gần giống với trường hợp bố trí khối đất đắp xung quanh hố đào.

-Từ hình 3.33b ta thấy trong giai đoạn đào này cọc chuyển vị rất lớn, chuyển

vị lớn nhất của cọc trong trường hợp khối đất cách tường 3H (theo trường hợp thực

tế, H≈4m là chiều sâu hố đào) của các cọc 150, cọc 151, coc 153 và cọc 154 lần

lượt có giá trị là 93,4cm;83,4cm; 54,9cm và 48,6cm. Trong lần xét khối đất tại vị

trí cách xa tường chắn 5H thì chuyển vị giảm xuống rất nhiều, giá trị lớn nhất chỉ

còn 21,6cm nhưng giá trị này vẫn còn cao. Chúng ta tiếp tục xét đến khối đất đắp tại

các vị trí 7H, 9H, 11H, 13H thì giá trị chuyển vị của cọc tiếp tục giảm xuống và khi

xét tại vị trí 15H thì giá trị chuyền vị xấp xỉ với trường hợp không xét đến khối đất

đắp xung quanh hố đào.

b) Phân tích moment trong cọc


65


khối đất đắp ra xa hố đào và moment kháng uốn của cọc

Trong giai đoạn này ta thấy nội lực trong cọc phát sinh không lớn, moment

uốn lớn nhất của cọc trong trường hợp khối đất cách tường 3H (theo trường hợp

thực tế, H≈4m là chiều sâu hố đào) của các cọc 150, cọc 151, coc 153 và cọc 154

lần lượt có giá trị là 38,1kN.m; 39,7kN.m; 40,2kN.m và 42,1 kN.m nên vẫn còn

nhỏ hơn moment kháng uốn của cọc (Mcr=166,8kN). Khi xét các trường hợp dời

khối đất đắp ra xa dần hố đào 15H (tức là cách tường chắn 60m) thì moment của

cọc giảm xuống không đáng kể và giá trị lúc này xấp xỉ bằng giá trị moment của

cọc khi không xét tới khối đất đắp xung quanh hố đào.

66



khối đất đắp ra xa và moment kháng của cọc

67

Trong giai đoạn này ta thấy nội lực trong cọc phát sinh rất lớn, moment uốn

lớn nhất của cọc trong trường hợp khối đất cách tường 3H (theo trường hợp thực tế,

H≈4m là chiều sâu hố đào) của các cọc 150, cọc 151, coc 153 và cọc 154 lần lượt

có giá trị 489,9kN.m; 453,3kN.m; 147,9kN.m và 156,5 kN.m, giá trị này hầu như

xấp xỉ và vượt qua moment kháng uốn của cọc 166,8kN.m (chiếm 294%) làm cho

các cọc bị phá hoại. Nhưng khi trường hơp khối đất đặt cách tường chắn là 5H thì

giá trị moment uốn trong cọc giảm xuống rất đột ngột chỉ còn khoảng 41,5%

moment kháng uốn của cọc. Khi xét các trường hợp dời khối đất đắp ra xa dần hố

đào 15H (tức là cách tường chắn 60m) thì moment của cọc giảm xuống không đáng

kể và giá trị lúc này xấp xỉ bằng giá trị moment của cọc khi không xét tới khối đất

đắp xung quanh hố đào.

Kết luận:

Việc di chuyển khối đất đắp ra xa hố đào sẽ làm giảm ảnh hưởng rất nhiều

đến kết quả chuyển vị và moment uốn của cọc bên trong hố đào:

+ Chuyển vị giảm xuống 4 lần khi dời khối đất từ 3H lên 5H.

+ Moment giảm xuống 7 lần khi dời khối đất từ 3H lên 5H.

(H là chiều sâu lớn nhất của hố đào)

Phạm vi ảnh hưởng lớn nhất của khối đất đắp đến chuyển vị và moment

uốn của cọc bên trong hố đào khoảng 5H và sự ảnh hưởng nhỏ thì kéo dài trong

phạm vi rất lớn khoảng 15H.

Việc phân tích này sẽ giúp ích cho việc bố trí vật liệu, máy móc thiết

bị…với một khoảng cách hợp lý nhất để giảm ảnh hưởng đến công trình.

3.3. Phân tích mở rộng xem xét ảnh hƣởng của cọc bên trong hố đào trong trƣờng

hợp thay đổi chiều dài tƣờng ứng với công trình thực tế

Trong phần này chúng ta tiến hành mô phỏng các bài toán ứng với chiều sâu

tường cừ khác nhau (tức là thay đổi chiều dài ngàm tường X). Nhằm mục đích xem

xét khả năng tăng chiều sâu ngàm tường để giảm chuyển vị và moment của cọc bên

trong hố đào có hiệu quả hay không.

68

Theo số liệu công trình thực tế thì tường cừ Larsen có chiều dài là 6m. Ta tiến

hành mô phỏng thêm các trường hợp chiều dài tường cừ Larsen có sự thay đổi

thành 9m và 12m, từ đó xét chuyển vị và moment của cọc trong từng trường hợp.

Hình 3.36 – Mặt cắt hố đào của công trình thực tế

3.3.1. Mô hình trong PLAXIS 3D Foundation

Hình 3.37 – Mô hình cọc và tường cừ Larsen có chiều sâu thay đổi

a) Tường dài 6m; b) Tường dài 9m; c) Tường dài 12m;

69

3.3.2. Phân tích kết quả tính toán

Từ kết quả tính toán của PLAXIS 3D Foundation ta vẽ được các biểu đồ

chuyển vị ngang lớn nhất và moment uốn lớn nhất của cọc với khoảng cách cọc

đến tường khác nhau khi thay đổi chiều sâu tường lần lượt là 6m; 9m và 12m.

Tương tự chọn hàng cọc như Hình 3.25 để phân tích. Từ bảng kết quả chuyển

vị của cọc trong PLAXIS ta vẽ được biểu đồ chuyển vị ngang và moment uốn của

hàng cọc (số 150, 153, 155, 158) với khoảng cách từ tim cọc đến tường theo từng

giai đoạn thi công.




hợp tăng chiều sâu tường chắn.

70

Hình 3.39 – Biểu đồ so sánh chuyển vị ngang lớn nhất của cọc trong các trường

hợp tăng chiều sâu tường chắn.

Từ Hình 3.38 khi ta tăng chiều sâu tường thì chuyển vị ngang của cọc giảm rất

nhỏ các cọc có xu thế bị uốn cong và dịch chuyển ngang. Giá trị của cọc càng giảm

khi khoảng các từ cọc đến tường tăng. Khi tăng chiều sâu tường thì giá trị chuyển vị

không giảm..


Từ Hình 3.39 ta thấy khi tăng chiều dài ngàm tường từ 6m lên 9m thì chuyển

vị ngang của cọc giảm xuống rất lớn (giảm xuống chỉ còn 36,75% của giá trị

chuyển vị của tường sâu 6m khi ta xét cọc gần tường 150) nhưng nếu chúng ta tiếp

tục tăng lên 12m thì chuyển vị sẽ giảm thêm không đáng kể (giảm xuống còn 36,4%

của giá trị chuyển vị của tường sâu 6m khi ta xét cọc gần tường 150). Sự chênh lệch

của giá trị chuyển vị giữa chiều sâu tường 9m và 12m thì rất nhỏ. Tương tự các cọc

xa tường thì giá trị chuyển vị giữa chiều sâu tường 9m và 12m giảm nhiều hơn

nhưng không đáng kể. Khi tường dài 6m thì các cọc có chuyển vị lớn nhất tại đỉnh

cọc, càng tăng chiều sâu tường thì các cọc xa tường (cọc 155, cọc 158) có xu thế bị

uốn cong chuyển vị lớn nhất của cọc di chuyển sâu xuống dưới so với cao độ

MĐTN.

71

11. Hình 3.40 – Biểu đồ thể hiện hình dáng chuyển vị ngang của cọc trong các

trường hợp tăng chiều sâu tường chắn


trường hợp tăng chiều sâu tường chắn.

72

b) Phân tích moment của cọc

Hình 3.42 – Biểu đồ moment uốn lớn nhất của cọc trong các trường hợp tăng chiều

sâu tường chắn.

Đối với moment uốn trong cọc gần tường chắn nhất là 4,5m (cọc 150) thì khi

tăng chiều sâu tường là 9m thì moment uốn giảm xuống còn 96% moment chống

uốn của cọc (Mcr= 166,8kN.m). Khi tăng chiều sâu tường dài 12m thì moment uốn

của cọc còn 56%Mcr. Sự chênh lệch của giá trị moment uốn giữa chiều sâu tường

9m và 12m thì tương đối lớn. Điều này ta thấy việc tăng chiều sâu tường rất quan

trọng trong trong việc làm giảm nội lực phát sinh trong cọc khi thi công hố đào sâu

trong đất yếu.

Đối với moment uốn trong cọc xa tường chắn nhất là 13,2m (cọc 158) thì khi

tăng chiều sâu tường là 9m thì moment uốn giảm xuống còn 56,8% moment chống

uốn của cọc (Mcr= 166,8kN.m). Khi tăng chiều sâu tường dài 12m thì moment uốn

của cọc vẫn còn 52,2%Mcr. Sự chênh lệch của giá trị moment uốn giữa chiều sâu

tường 9m và 12m thì rất nhỏ.

73


của cọc và khoảng cách từ cọc đến tường theo chiều sâu lớn nhất hố đào.

Khi chiều sâu tường 6m thì vùng ảnh hưởng chuyển vị của cọc bên trong hố

đào là khoảng 4,5H.

Khi chiều sâu tường 9m thì vùng ảnh hưởng chuyển vị của cọc bên trong hố

đào là khoảng 5,4H.

Khi chiều sâu tường 12m thì vùng ảnh hưởng chuyển vị của cọc bên trong

hố đào là khoảng 4,7H.

74

Kết luận:

Khi hố đào sâu 1,8m thì việc tăng chiều sâu ngàm tường chắn không ảnh

hưởng nhiều đến kết quả chuyển vị của cọc trong hố đào.

Khi hố đào sâu 3,8m thì việc tăng chiều sâu ngàm tường chắn lên 9m cho kết

quả khả quan nhất. Tăng 12m thì sẽ không kinh tế.

Khi tăng chiều sâu tường từ 6m đến 12m trong trường hợp có xét khối đất lân

cận thì vùng ảnh hưởng đến chuyển vị của cọc do thi công hố đào sẽ khoảng

4,5H đến 5,4H.

Việc phân tích trên sẽ giúp cho chúng ta tiết kiệm được không gian sử dụng

để thi công công trình, chúng ta có thể bố trí đất đào vật liệu, máy móc thiết

bị...xung quanh hố đào mà không làm ảnh hưởng đến công trình.

75

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

KẾT LUẬN

1. Khi sử dụng các thông số đầu vào để mô phỏng bằng phần mềm PLAXIS 3D

Foundation thì cho kết quả chuyển vị ngang và moment uốn của cọc xấp xỉ với giá trị

quan trắc ngoài hiện trường. Như vậy ta có thể sử dụng bộ thông số này để mở rộng

phân tích cho những trường hợp khác.

2. Với lớp đất yếu dày (bùn sét – trạng thái chảy - 25m) cùng với sự tác động của phụ

tải khối đất đắp lớn (70kN/m2) và gần hố đào nên dẫn đến chuyển vị và moment uốn

trong cọc phát sinh lớn, cọc vượt quá moment kháng uốn của cọc. Giá trị chuyển vi cực

đại tại đỉnh cọc và moment cực đại tại cao độ -16m so với MĐTN.

3. Vùng ảnh hưởng chuyển vị của cọc bên trong hố đào khi phân tích theo mô hình

thực tế là khoảng 4,5H (H là chiều sâu của hố đào).

4. Việc di chuyển khối đất đắp ra xa hố đào sẽ làm giảm ảnh hưởng rất nhiều đến kết

quả chuyển vị và moment uốn của cọc bên trong hố đào:

+ Chuyển vị giảm xuống 4 lần khi dời khối đất từ 3H lên 5H.

+ Moment giảm xuống 7 lần khi dời khối đất từ 3H lên 5H.

(H là chiều sâu lớn nhất của hố đào)

5. Phạm vi ảnh hưởng lớn nhất của khối đất đắp đến chuyển vị và moment uốn của cọc

bên trong hố đào khoảng 5H và sự ảnh hưởng nhỏ thì kéo dài trong phạm vi rất lớn

khoảng 15H.

6. Khi hố đào sâu 1,8m thì việc tăng chiều sâu ngàm tường chắn không ảnh hưởng

nhiều đến kết quả chuyển vị của cọc trong hố đào.

7. Khi hố đào sâu 3,8m thì việc tăng chiều sâu ngàm tường chắn lên 9m cho kết quả

khả quan nhất. Tăng 12m thì sẽ không kinh tế.

8. Khi tăng chiều sâu tường từ 6m đến 12m trong trường hợp có xét khối đất lân cận

thì vùng ảnh hưởng đến chuyển vị của cọc do thi công hố đào sẽ khoảng 4,5H đến

5,4H.

76

KIẾN NGHỊ

1. Khi thi công hố đào sâu trong đất yếu cần xem xét ảnh hưởng của quá trình thi

công đến cọc bên trong hố đào.

2. Hạn chế chất tải xung quanh hố đào có lớp đất yếu dày.

3. Khuyến cáo không nên sử dụng cọc ống bê tông ly tâm ứng suất trước khi công

trình có lớp đất yếu dày vì moment chống uốn của loại cọc này nhỏ. Nên sử dụng

loại cọc có moment chống uốn lớn.

4. Có biện pháp hạn chế chuyển vị ngang của tường chắn như sử dụng biện pháp gia

cố cọc xi măng đất ở đáy hố đào.

5. Sẽ tiến hành phân tích ảnh hưởng của cọc bên trong hố đào khi thay đổi giá trị tải

và khoảng cách tải đến tường. Các loại cọc có đường kính, chiều dài thay đổi.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Bùi Trường Sơn, 2009. Địa chất công trình. NXB Đại học Quốc gia Tp. Hồ

Chí Minh.

[2]. Châu Ngọc Ẩn, Cơ học đất, NXB Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh, 2009.

[3]. Finno, R.J., Samir, A.L., Nabil, F.A. and Indra, S.H., 1991. Analysis of

performance of pile groups adjacent to deep excavations. Journal of

Geotechnical Engineering Vol. 117, No.6, pp. 934-955.

[4]. Hannes Persson & Daniel Sigström, 2010. Staged excavation in soft clay

supported by a cantilever sheet pile wall. Master’s Thesis. Chalmers

University Of Technology, 2010.

[5]. K.J. Bakker, 2005. A 3D FEM model for Excavation Analysis. Delft

University of Technology & Plaxis BV, Delft, Netherlands.

[6]. Leung, C.F., Chow, Y.K. and Shen R.F., 2000. Behaviour of pile subject to

excavation-induced soil movement. Journal of Geotechnical and

Geoenvironmental Engineering Vol. 126, No. 11, pp. 947-2000.

[7]. Nguyễn Công Khanh, 2007. Nghiên cứu ảnh hƣởng của hố đào sâu đến ổn

định công trình lân cận, Luận văn Thạc sĩ. Trường Đại học Bách Khoa –

ĐHQG Tp. Hồ Chí Minh.

[8]. Huỳnh Trung Nghĩa, 2009. Phân tích sự cố cọc bị nghiêng trong quá trình

thi công và biện pháp xử lý khắc phục. Luận văn Thạc sĩ. Trường Đại học

Bách Khoa – ĐHQG Tp. Hồ Chí Minh.

em sau khi -...

Documents