1

PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA MÔ HÌNH NỀN ĐẾN DỰ BÁO CHUYỂN VỊ VÀ BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH HỐ ĐÀO SÂU ỔN

ĐỊNH BẰNGTƯỜNG CHẮN

NGÔ ĐỨC TRUNGa, VÕ PHÁNb

ngoductrung@gmail.coma Tổng Công ty Xây dựng số 1, Tp. HCM, Việt Nam

vphan@yahoo.comb Trường ĐH Bách Khoa Tp. HCM, Việt Nam

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay, nhu cầu về việc sử dụng không gian ngầm như tầng hầm kỹ thuật hoặc dịch vụ dưới các nhà cao tầng, bãi đậu xe ngầm, hệ thống giao thông ngầm, hệ thống xử lý nước thải…, ngày càng gia tăng trong các khu đô thị. Hố đào sâu thường được sử dụng để giải quyết các vấn đề trên. Phương pháp phần tử hữu hạn được biết đến như là một phương pháp số được sử dụng để dự báo ổn định và biến dạng của đất nền. Ưu điểm của phương pháp này là ứng xử của đất có thể mô phỏng tương đối chính xác và hợp lý trong quá trình thi công đào đất. Tuy nhiên, bên cạnh một số ưu điểm vẫn còn một số khó khăn nhất định trong cách tiếp cận do mức độ phức tạp của nó. Do đó, mô hình đàn hồi - dẻo lý tưởng MC thường được sử dụng vì tính đơn giản của nó và các thông số đất có thể dễ đàng thu được từ phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, vẫn có một số hạn chế trong mô hình MC. Thứ nhất, các quan hệ phi tuyến của đất trước khi phá hoại không được mô hình. Thứ hai, nó không thể tạo ra áp lực lỗ rỗng đáng tin cậy trong quá trình gia tải không thoát nước. Thứ ba, dự báo chuyển vị bên của tường và độ lún mặt là không đáng tin cậy. Để khắc phục những thiếu sót trên, cần sử dụng một mô hình đàn hồi dẻo phi tuyến tính.Việc sử dụng mô hình đất thích hợp là đặc biệt quan trọng trong tính toán hố đào sâu ổn định bằng tường chắn, bởi vì ứng xử thông thường của đất là phi tuyến, không hồi phục và ảnh hưởng bởi thời gian.

Bài báo này phân tích ảnh hưởng của mô hình nền đến dự báo chuyển vị của tường và biến dạng của đất nền công trình hố đào sâu Trạm bơm lưu vực Nhiều Lộc Thị Nghè, Thành phố Hồ Chí Minh thông qua việc so sánh kết quả dự báo từ mô hình MC và mô hình HS với các dữ liệu quan trắc được để xác định liệu phân tích phần tữ hữu hạn tuyến tính đơn giản là đủ cho thiết kế an toàn hay phân tích số phi tuyến phức tạp cung cấp một giải pháp mang lại nhiều hiệu quả hơn.

Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong việc xác định chuyển vị của tường chắn, biến dạng bề mặt của đất nền và nội lực của hệ thanh chống trong quá trình thi công đào đất.

2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Sử dụng phần mềm từ phương pháp Phần tử hữu hạn với hai mô hình HS và MC để tính toán, kết hợp so sánh với số liệu quan trắc thực tế.

Xác định các thông số đầu vào cho mô hình:

Với cả 2 mô hình, các chỉ tiêu cơ lý chủ yếu của đất (c’, φ’, γwet, γdry , kx, ky) lấy từ Hồ sơ khảo sát địa chất [3].

Xác định các module biến dạng:

,ref refoed urE E : tính từ kết quả thí ngiệm nén cố kết.

50refE : tính từ kết quả thí nghiệm nén 3 trục với sơ đồ CD. Trong nghiên cứu này, do chỉ

có kết quả thí nghiệm với sơ đồ CU, do đó module biến dạng Young '50refE được tính

chuyển từ module biến dạng Young không thoát nước như sau: 50ref

NHE

'50 50

2(1 ')3

ref refNHE Eν+

= Tại (1) 2100 /refp kN= m

Theo những giá trị trung bình đối với nhiều loại đất khác nhau thì Eur ≈ 3E50 và Eoed ≈

E50, nhưng cả hai loại đất rất yếu và rất cứng có xu hướng cho những tỉ số 50E

Eoed khác.

Trong nghiên cứu này, ta lấy 50 50; 3ref ref ref refoed urE E E E= = để tính toán trong mô hình HS.

öùng suaát -ε1

1

Ε50

ε − ε1 3

ñöôøng phaù hoaïi

ñöôøng tieäm caän

1

Εur

qa

qf

öùng suaát -ε1

1Εoed

−σ1

pref

ref

Hình 1: Xác định Eur và E50 từ thí nghiệm nén ba trục

Hình 2: Xác định từ refoedE

kết quả thí nghiệm nén một trục

Độ cứng phụ thuộc cấp ứng suất theo quy luật lũy thừa m: lấy theo thực nghiệm.

3. GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH TIẾP CẬN HƯỜNG NGHIÊN CỨU

Dự án Nhiêu Lộc – Thị Nghè được tài trợ tài chính bởi nguồn vốn ADB, tọa lạc tại trung tâm Thành phố Hồ Chí Minh.

Kích thước hố đào sâu 25x54m.

Giải pháp kết cấu được chọn là bản đáy bê tông cốt thép và các sàn liên kết vào hệ tường vây dày 1.2m, sâu 40m, chiều dài từng modul là 6m đã được đúc trước với công nghệ đào rãnh nhồi bê tông tại chổ.

2

Giải pháp thi công được chọn gồm có 7 tầng thanh chống cho đến độ sâu đủ để thi công bản đáy trạm bơm bằng BTCT.

Hình 3: Mặt cắt địa chất công trình

Các giai đoạn thi công tóm tắt như Bảng 1.

Bảng 1: Các giai đoạn thi công công trình.

Giai đoạn

Thời gian

(ngày) Hoạt động xây dựng

56 Xây dựng tường chắn

23 Đào đến cao độ +1.0 m 1

1 Lắp thép hình 2H300×300×10×15 đầu tiên ở chân chống (cao độ +1.5m) với tải trước 50 kN/m

19 Hạ mực nước ngầm và đào đến cao độ -1.0m 2 1 Lắp thép hình 2H350×350×10×15 ở cao độ -0.5m với tải trước 200 kN/m 18 Hạ mực nước ngầm và đào đến cao độ -3.85 m

3 1 Lắp thép hình 2H400×400×10×15 ở cao độ -3.35m) với tải trước 200 kN/m

13 Hạ mực nước ngầm và đào đến cao độ -7.0 m 4 1 Lắp thép hình 2H350×350×10×15 ở cao độ -6.5m) với tải trước 50 kN/m 14 Hạ mực nước ngầm và đào đến cao độ -9.35 m 5 1 Lắp thép hình 2H400×400×10×15 ở cao độ -8.75m với tải trước 300 kN/m 20 Hạ mực nước ngầm và đào đến cao độ -11.5 m

6 1 Lắp thép hình 2H350×350×10×15 ở cao độ -11.0 m) với tải trước 200 kN/m

20 Hạ mực nước ngầm và đào đến cao độ -14.5 m 7 1 Lắp thép hình 2H350×350×10×15 ở cao độ -14.0 m) với tải trước 200

kN/m 20 Hạ mực nước ngầm và đào đến cao độ -17.3 m 8 30 Đổ bê tông bản đáy tại cao trình -17.3m

9 1 Giải phóng lực kích tại thanh chống lớp 1 và 2 3

1 Tháo thanh chống tại cao trình -14m 6 Tháo thanh chống tại cao trình -10m và -8.75m 7 Thi công hệ giằng bê tông cốt thép 1 cao trình – 9.5m 1 Tháo thanh chống tại cao trình -6.5m 10 10 Thi công hệ giằng bê tông cốt thép 2 cao trình – 4.35m 1 Tháo thanh chống tại cao trình -3.35m và -0.5m

20 Thi công hệ giằng bê tông cốt thép trên cùng 11 1 Tháo thanh chống tại cao trình +1.25m

Thiết bị quan trắc ở hiện trường

Tường chắn gồm 24 cọc barret liền nhau như Hình 4.

54000

P1P2P3P4P5P6P7P8P9 P24

P20P19P18P17P16P15P14P13P12 P21

3000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 3000

6000

6000

6000

6000

P11

P10

P22

P23

IN-0230002000

PZ-01MW-01 PZ-01

IN-033000

4000

5000

5000

MW-04

PZ-05 IN-01

3000

3000 IN-04

IN-05

3000

3000

MW-02

PZ-03

5000

PZ-04 MW-03

3000 3000IN-07 IN-06

Hình 4: Sơ đồ bố trí thiết bị quan trắc ở công trường [5] [6] [7]

Thiết bị quan trắc chuyển vị ngang: IN-01 đến IN-07

Thiết bị quan trắc lún: PZ-01 đến PZ-05

Thiết bị quan trắc mực nước ngầm: MW-01 đến MW-04

Bảng 2: Các thông số đất nền cho mô hình Mohr – Coulomb

Đơn vị Lớp cát lấp

Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Lớp 5 Lớp 6 Lớp 7

Mô hình MC MC MC MC MC MC MC MC

Ứng xử Drain

ed Undrai

ned Draine

d Undrai

ned Drained Drained

Undrained

Drained

γunsat kN/m3 19.5 15.0 16.27 16.67 16.46 16.48 16.29 16.51

γsat kN/m3 20.2 15.3 19.43 19.99 19.54 19.48 19.69 19.54

kx m/ngày 2.5 0.02 1 0.02 0.2 1 0.02 0.8

4

ky m/ngày 2.5 0.02 1 0.02 0.2 1 0.02 0.8

c’ kN/m2 2 5.09 2.11 5 2 2 34 2

'ϕ độ 41 23 31 24 35 34 24 37 ψ - 11 - 1 - 5 4 - 7

ν - 0.25 0.35 0.25 0.35 0.3 0.25 0.35 0.25 refoedE kPa 2x104 3296 6567 1.25x104 2.75x104 3.75x104 5.12x104 7.88x104

Bảng 3: Các thông số đất nền cho mô hình Hardening Soil

Ký hiệu Đơn vị

Lớp cát lấp

Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Lớp 5 Lớp 6 Lớp 7

Mô hình - HS HS HS HS HS HS HS HS

Ứng xử - Drain

ed Undrai

ned Draine

d Undrai

ned Drained Drained

Undrained

Drained

γunsat kN/m3 19.5 15.0 16.27 16.67 16.46 16.48 16.29 16.51

γsat kN/m3 20.2 15.3 19.43 19.99 19.54 19.48 19.69 19.54

kx m/ngày 2.5 0.02 1 0.02 0.2 1 0.02 0.8

ky m/ngày 2.5 0.02 1 0.02 0.2 1 0.02 0.8

c’ kN/m2 2 5.09 2.11 5 2 2 34 2

'ϕ độ 41 23 31 24 35 34 24 37

ψ - 11 - 1 - 5 4 - 7

ν - 0.25 0.35 0.25 0.35 0.3 0.25 0.35 0.25

50refE kPa 2x104 3296 6567 1.25x104 2.75x104 3.75x104 5.12x104 7.88x104

refoedE kPa 2x104 3296 6567 1.25x104 2.75x104 3.75x104 5.12x104 7.88x104

refurE kPa 6x104 9888 1.97x104 3.15x104 8.25x104 1.13x105 1.54x105 2.36x105

m - 0.5 1 0.8 0.7 0.5 0.5 0.5 0.5

5

Hình 5: Lưới phần tử và điều kiện biên

Lưới phần tử và điều kiện biên sử dụng trong phân tích như Hình 5.Theo Hình 5 chỉ phân tích trên mặt cắt A-A, mặt cắt này tương đối thõa mãn điều kiện không gian biến dạng 2 chiều (2D). Giới hạn vùng đất để phân tích PTHH với lưới phần tử là rộng 140m và sâu 67m. Nó chứa 1623 phần tử tam giác 16 nút, kích thước lưới phần tử trung bình là 2.42m.

4. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ

4.1. Phân tích ảnh hưởng của độ cứng gia tải và dỡ tải của đất nền

Việc nghiên cứu thông số được thực hiện bằng cách lặp lại các phân tích phần tử hữu hạn với các giá trị khác nhau của các thông số cần nghiên cứu trong khi vẫn không thay đổi giá trị của các thông số khác. Ảnh hưởng của thông số được xác định bằng cách so sánh với sự thay đổi biến dạng của tường và đất nền tại mỗi giai đoạn thi công đào đất, khi cho các thông số tăng hay giảm theo một mức độ cho trước.

Các Hình từ 6 đến 11 cho thấy mô đun độ cứng gia tải và dỡ tải có ảnh hưởng không

đáng kể đến chuyển vị ngang của tường. Theo đó, giá trị

refurE

503ref refurE E= được áp dụng để tính toán

trong công trình này. Giá trị này là giá trị mặc định trong PLAXIS. Nhìn chung, khi tăng độ lớn của mô đun dỡ tải và gia tải ref

urE chuyển vị ngang của tường từ cao độ đào đất ở giai đoạn thứ 3 trở xuống giảm, nhưng nó không ảnh hưởng đáng kể đến chuyển vị ngang của tường từ cao độ đào đất ở giai đoạn thi công thứ 3 trở lên.

6

Hình 6: Kết quả dự báo chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn thi công thứ nhất

Hình 7: Kết quả dự báo chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn thi công thứ hai

Hình 8: Kết quả dự báo chuyển vị ngang của

7

tường ở giai đoạn thi công thứ ba Hình 9: Kết quả dự báo chuyển vị ngang của ở giai đoạn thi công thứ tư

Hình 10: Kết quả dự báo chuyển vị ngang của

tường ở giai đoạn thi công thứ bảy

Hình 11: Kết quả dự báo chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn thi công thứ tám

8

Bảng 4: So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang lớn nhất của tường với chuyển vị ngang lớn nhất khi quan trắc thực tế với các cấp độ ref

urE . refurE Các giai đoạn

thi công 503 refE 504 refE 505 refE

Số liệu quan trắc

GĐ1 13.74 13.09 12.71 11.85

GĐ2 15.31 14.83 14.28 12.57

GĐ3 25.53 24.81 24.76 22.4

GĐ4 28.28 27.38 27.23 25.63

GĐ5 29.11 28.70 28.24 26.76

GĐ6 30.49 29.96 29.42 26.81

GĐ7 31.96 31.32 30.64 27.11

GĐ8 32.96 32.60 32.43 28.47

4.2. So sánh mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil

4.2.1. Chuyển vị ngang của tường

Với mô hình MC, kết quả dự báo chuyển vị lớn hơn quan trắc thực tế từ 15.97 ÷ 31.98%. Có sự chênh lệch này là do các thông số cho mô hình lấy từ số liệu thí nghiệm trong phòng không phản ánh chính xác nền đất thực tế. Mẫu đất thí nghiệm trong phòng ngay sau khi lấy mẫu đã không còn nguyên dạng.

Với mô hình HS, kết quả dự báo chuyển vị ngang của tường từ GĐ2 có sự khác biệt so với mô hình MC. Từ cao độ đáy hố đào ở từng giai đoạn đào đất trở lên, kết quả dự báo chuyển vị ngang của tường lớn hơn quan trắc thực tế từ 8.07 ÷17.90%, điều này được lý giải như với mô hình MC bên trên. Ngược lại từ cao độ đáy hố đào trở xuống kết quả dự báo chuyển vị ngang của tường nhỏ hơn kết quả quan trắc. Điều này được giải thích như sau: khi mô phỏng bài toán với mô hình HS, các giá trị đầu vào của mô đun dỡ tải và gia tải ở từng lớp đất bên trong và ngoài hố đào lấy cùng một giá trị. Thực tế, độ lớn của mô đun dỡ tải và gia tải gia tăng theo độ sâu. Do đó ở từng giai đoạn đào đất, mô đun dỡ tải và gia tải bên trong hố đào sẽ nhỏ hơn ngoài hố đào tại đáy hố đào vì lớp đất bên trên trong hố đào đã bị bóc đi. Như vậy đương nhiên chuyển vị của tường khi quan trắc thực tế sẽ nhỏ hơn.

Tại GĐ1, kết quả tính toán chuyển vị ngang lớn nhất của tường với mô hình MC và HS lần lượt là 15.52mm và 13.74mm, cả hai mô hình đều cho kết quả chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh tường, giống như chuyển vị thực tế của tường. Hình dạng chuyển vị ngang của tường dự báo bằng hai mô hình cho thấy tường làm việc như một console, điều này tương đối phù hợp. Tuy nhiên ta dễ dàng nhận thấy mô hình HS cho kết quả gần thực tế hơn.

Tại các giai đoạn thi công tiếp theo, kết quả dự báo từ mô hình HS tỏ ra phù hợp với chuyển vị thực tế của tường hơn kết quả dự báo từ mô hình MC. Chuyển vị ngang lớn nhất của tường tính toán từ mô hình MC lớn hơn từ mô hình HS từ 6.5% đến 17.15%.

9

Từ kết quả đã chỉ ra, ta nhận thấy tại chân tường chắn, khi phân tích bằng mô hình HS kết quả chuyển vị ngang gần như giống chuyển vị ngang thực tế. Còn kết quả chuyển vị ngang khi phân tích bằng mô hình MC từ giai đoạn thi công thứ 2 (tức là thời điểm tường không còn làm việc như một console nữa) có sự khác biệt đáng kể, chuyển vị ngang lớn nhất xuất hiện ở GĐ 8, khi kết thúc hố đào là 11.44mm, so với chuyển vị ngang khi tính tóan bằng mô hình HS là 1.81 mm và so với chuyển vị ngang thực tế đo được là 0.45mm.

Bảng 4: So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang lớn nhất từ 2 mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil

Chênh lệch

giữa HS và MC Giai đoạn thi

công

Mohr –

Coulomb

(mm)

Hardening Soil

(mm)

Quan trắc

(mm) (mm) %

GĐ1 15.52 13.74 11.85 1.78 11.47

GĐ2 18.48 15.31 12.57 3.17 17.15

GĐ3 27.31 25.53 22.4 1.78 6.50

GĐ4 30.50 28.28 25.63 2.22 7.30

GĐ5 32.30 29.11 26.76 3.19 9.88

GĐ6 33.06 30.49 26.81 2.57 7.77

GĐ7 34.55 31.96 27.11 2.59 7.50

GĐ8 36.87 32.96 28.47 3.91 10.60

Hình 12: Kết quả dự báo chuyển vị ngang của Hình 13: Kết quả dự báo chuyển vị ngang của

10

11

tường ở giai đoạn thi công thứ nhất tường ở giai đoạn thi công thứ hai

Hình 14: Kết quả dự báo chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn thi công thứ bảy

Hình 15: Kết quả dự báo chuyển vị ngang của tường ở giai đoạn thi công thứ tám

Bảng 5: So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang lớn nhất từ 2 mô hình

Mohr – Coulomb và Hardening Soil với kết quả quan trắc.

Chênh lệch

giữa MC và HS

với thực tế (%)

Giai đoạn thi

công

Mohr –

Coulomb

(mm)

Hardening Soil

(mm)

Quan trắc

(mm)

MC HS

GĐ1 15.52 13.74 11.85 23.65 13.76

GĐ2 18.48 15.31 12.57 31.98 17.90

GĐ3 27.31 25.53 22.4 17.98 12.26

GĐ4 30.50 28.28 25.63 15.97 9.37

GĐ5 32.30 29.11 26.76 17.15 8.07

GĐ6 33.06 30.49 26.81 18.91 12.07

GĐ7 34.55 31.96 27.11 21.53 15.18

GĐ8 36.87 32.96 28.47 22.78 13.62

4.2.2. Biến dạng của đất nền

Hình 16 chỉ rõ kết quả tính toán độ lún bề mặt của đất nền với hai mô hình MC và HS ở giai đoạn đào đất cuối cùng (GĐ8). Theo đó, độ lún của đất nền với mô hình MC nhỏ hơn so với khi tính toán bằng mô hình HS, và số liệu quan trắc lún tại vị trí cách tường 5m là 6.42cm, hầu như trùng với kết quả tính toán với mô hình HS. Tuy nhiên, vùng ảnh hưởng độ lún bề mặt khi tính toán bằng mô hình MC lại lớn hơn so với khi tính toán bằng mô hình HS. Kết quả dự báo độ lún bề mặt với mô hình MC cho thấy vùng ảnh hưởng lún rất lớn, và như vậy cần hết sức chú ý và có biện pháp xử lý đối với các công trình nằm trên vùng này ở xung quanh hố đào.

Với mô hình HS, khi tăng mô đun biến dạng trong điều kiện dỡ tải và gia tải refurE , ta thấy

rõ không có ảnh hưởng đáng kể đối với độ lún bề mặt của đất nền. Cả 2 mô hình MC và HS đều cho kết quả tính toán độ lún lớn nhất tại vị trí cách tường

2.5m. Kết quả so sánh độ lún bề mặt lớn nhất khi tính toán từ 2 mô hình MC và HS được trình bày tóm tắt trong Bảng 6.

Bảng 6: So sánh kết quả tính toán độ lún bề mặt lớn nhất của đất nền bằng hai mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil ở giai đoạn thi công thứ tám (GĐ8).

Độ lún bề mặt lớn nhất, Sv (mm)

Giai đoạn

thi công Mô hình HS

50( 3 )ref refurE E=

50( 4ref refurE E= 50( 5 )ref ref

urE E=

Mô hình HS

)

Mô hình HS

Mô hình MC

GĐ8 79.22 (2.5) 76.76 (2.5) 75.51 (2.5) 67.68 (2.5)

Hình 16: So sánh kết quả tính toán độ lún bề mặt của đất nền bằng hai mô hình Mohr – Coulomb

và Hardening Soil với kết quả quan trắc ở giai đoạn thi công thứ tám (GĐ8).

Như vậy, với 503ref refurE E= khi tính toán trong mô hình Hardening Soil, độlún bề mặt lớnnhất

sẽ lớn hơn khi tính toán trong mô hình mohr – coulomb khoảng 14.57%.

12

Hình 17 thể hiện kết quả tính toán độ trồi hố móng tại giai đoạn đào đất cuối cùng (GĐ8). Kết quả tính toán với mô hình MC cho thấy độ trồi hố móng lớn hơn so với khi tínhtoán bằng mô hình HS. Với mô hình hardening soil, khi mô đunbiến dạng trong điều kiện gia tải và dỡ tải ref

urE tăng, sẽ cho kết quả là độ trồi hố móng giảm. Như vậy, qua kết quả phântích, ta thấy mô

đun biến dạng gia tải và dỡ tải refurE có ảnh hưởng đáng kể đếnhiện tượng trồi hố móng ở đáy hố

đào hơn là ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường chắn. Khi thi công đào đất trước tường chắn dẫn đến sự giảm ứng suất phía sau lưng tường và

làm mất ứng suất theo phương đứng của lớp đất bên dưới đáy hố đào. Theo đó, sẽ phù hợp hơn khi sử dụng mô đun biến dạng gia tải, dỡ tải trong việc phân tích ứng xử biến dạng bề mặt trong công trình hố đào sâu. Mô hình MC chỉ sử dụng 1 thông số mô đun biến dạng sẽ không thể mô hình đầy đủ ứng xử đàn hồi dẻo của quá trình dỡ tải. Trong trường hợp này, những mô hình đất

nền có bao gồm cả thông số mô đun biến dạng trong điều kiện gia tải và dỡ tải refurE như mô hình

HS sẽ ưu việt hơn mô hình MC trong mô phỏng công trình hố đào sâu. Kết quả tính toán độ trồi hố móng tại đáy hố đào ở giai đoạn đào đất cuối cùng với cảhai

mô hình MC và HS được tóm tắt ở Bảng 7. Độ trồi đáy hố móng khi tính toán bằng mô hình hardening soilvới 503ref ref

urE E= sẽ cho kết quả nhỏ hơn khoảng 38.53%, một giá trị tương đối chênh lệch.

Kết quả thể hiện rõ khi phân tích biến dạng bề mặt của đất nền, việc sử dụng mô hình đàn hồi dẻo lý tưởng MC sẽ cho kết quả không thật sự chính xác.

Bảng 7: So sánh kết quả tính toán độ trồi hố móng lớn nhất của đất nền bằng hai mô hình

Mohr – Coulomb và Hardening Soil ở giai đoạn thi công thứ tám (GĐ8).

Độ trồi hố móng lớn nhất, Hv (mm)

Giai đoạn

thi công Mô hình HS

50ref refurE E=

50( 4( 3 )

Mô hình HS

ref refurE )E=

Mô hình

HS

50( 5 )ref refurE E=

Mô hình MC

GĐ8 28.71 23.70 20.66 46.71

13

Hình 17: So sánh kết quả tính toán độ trồi hố móng bằng mô hình

Mohr – Coulomb và Hardening Soil ở giai đoạn đào đất cuối cùng (GĐ8)

4.2.3. Nội lực trong thanh chống

Các hình từ 18 đến 22 thể hiện kết quả so sánh nội lực trong các hệ thanh chống từ thứ ba đến thứ bảy ở các giai đoạn thi công thứ năm, sáu và bảy của công trình. Kết quả cho ta thấy rõ nội lực trong thanh chống khi tính toán bằng FEM lớn hơn nhiều so với nội lực trong thanh chống khi quan trắc. Đặc biệt, khi tính toán với mô hình HScho kết quả lớn so với mô hình MC. Quá trình phân tích cho thấy nội lực nguy hiểm nhất ở hệ thanh chống thứ ba, tại đây nội lực trong thanh chống đạt giá trị cực đại. Khi tính toán nội lực bằng mô hình HScho kết quả lớn hơn từ 194.84% đến 204.32% so với khi quan trắc (Bảng 8). Trong khi đó, kết quả nội lực khi tính toán với mô hình MC sẽ lớn hơn 163.95% đến 169.11% với nội lực khi quan trắc.

Hình 18: So sánh kết quả tính toán nội lực trong hệ chống thứ 3 bằng 2 mô hình Hardening Soil, Mohr – Coulomb, với kết quả quan trắc.

14

Hình 19: So sánh kết quả tính toán nội lực trong hệ chống thứ 4 bằng 2 mô hình

Hardening Soil, Mohr – Coulomb, với kết quả quan trắc.

Hình 20: So sánh kết quả tính toán nội lực trong hệ chống thứ 5 bằng 2 mô hình Hardening Soil, Mohr – Coulomb, với kết quả quan trắc.

Hình 21: So sánh kết quả tính toán nội lực trong hệ chống thứ 6 bằng 2 mô hình Hardening Soil, Mohr – Coulomb, với kết quả quan trắc.

Hình 22: So sánh kết quả tính toán nội lực trong hệ chống thứ 7 bằng 2 mô hình Hardening Soil, Mohr – Coulomb, với kết quả quan trắc.

15

16

Bảng 8: So sánh kết quả tính toán nội lực trong thanh chống bằng 2 mô hình HS và MC với kết quả quan trắc lớp thứ 3 ở các giai đoạn thi công thứ năm, sáu và bảy.

Kết quả tính toán nội lực trong thanh chống với các mô hình (kN)

Mô hình HS

Mô hình MC

Kết quả quan trắc thực tế (kN)Giai đoạn

thi công

Tính toán Chênh lệch với quan trắc

Tính toán

Chênh lệch với quan trắc

GĐ5 506.58 194.84% 426.28 163.95% 260

GĐ6 509.44 203.77% 422.77 169.11% 250

GĐ7 490.37 204.32% 402.63 167.76% 240

5. KẾT LUẬN

(1) Ảnh hưởng của độ cứng gia tải và dỡ tải của đất nền tác động đáng kể đến độ lớn và phân bố độ trồi hố móng hơn là đến chuyển vị ngang của tường và độ lún bề mặt của đất nền. Cả hai giá trị độ lớn và phân bố của chuyển vị ngang và độ lún bề mặt không nhạy với độ cứng gia tải và dỡ tải của đất nền.

(2) Chuyển vị ngang lớn nhất khi tính toán bằng mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil lớn hơn quan trắc thực tế lần lượt là 15.97% ÷31.98% và 9.37% ÷ 17.9% . Chuyển vị ngang lớn nhất của tường khi tính toán với mô hình Mohr – Coulomb lớn hơn mô hình Hardening Soil 6.5% ÷ 17.15%. Như vậy, sử dụng FEM với mô hình Hardening Soil cho kết quả chuyển vị ngang của tường phù hợp với thực tế làm việc của tường hơn mô hình Mohr – Coulomb.

(3) Độ lún bề mặt của đất nền khi tính toán với mô hình Hardening Soil cho kết quả phù hợp với thực tế hơn khi tính toán với mô hình Mohr – Coulomb. Theo đó, độ lún lớn nhất khi tính toán bằng mô hình Hardening Soil lớn hơn khi tính toán bằng mô hình Mohr – Coulomb khoảng 14.57%. Như vậy, sẽ thích hợp hơn khi sử dụng mô hình có xét đến độ cứng gia tải và dỡ tải để phân tích độ lún bề mặt công trình hố đào sâu.

(4) Độ trồi hố móng bên trong hố đào khi tính toán với mô hình Mohr – Coulomb cho kết quả lớn hơn khi tính toán với mô hình Hardening Soil. Tính toán với mô hình Hardening Soil cho kết quả về độ trồi hố móng phù hợp với thực tế hơn mô hình Mohr – Coulomb do có xét đến độ cứng khi gia tải dỡ tải của đất nền.

(5) Nội lực trong thanh chống khi tính toán với hai mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil cho kết quả lớn hơn số liệu quan trắc thực tế. Trong trường hợp này, có sự không thuận lợi trong việc sử dụng mô hình đàn hồi phi tuyến so với mô hình đàn hồi dẻo lý tưởng.

17

Khi tính toán nội lực bằng mô hình Hardening Soil sẽ cho kết quả lớn hơn từ 194.84% đến 204.32% so với khi quan trắc. Trong khi đó, kết quả nội lực khi tính toán với mô hình Mohr – Coulomb sẽ lớn hơn 163.95% đến 169.11% với nội lực khi quan trắc.

6. KIẾN NGHỊ

Việc sử dụng mô hình phù hợp trong tính toán dự báo chuyển vị của tường chắn hố đào sâu sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao và đảm bảo ổn định cho công trình.

Trong tương lai, cần tiến tục tiến hành các tính toán tương tự đối với các công trình khác, trong phạm vi rộng hơn,để có các kết luận tổng quát và chính xác hơn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Châu Ngọc Ẩn (2009), Cơ học đất, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp. HCM.

[2] Nguyễn Bá Kế (2009), Thiết kế và thi công hố móng sâu, Nhà xuất bản xây dựng.

[3] Hội Địa chất Việt Nam – Liên hiệp Khoa học, Địa chất, Nền móng, Vật liệu xây dựng, Kết quả khảo sát địa chất công trình Trạm Bơm lưu vực Nhiêu Lộc Thị Nghè, 2003.

[4] Huyndai Mobis JV, Kết quả quan trắc chuyển vị -Sequential displacement data – HCMC Package #8 Pump Station, 2004-2005-2006

[5] Huyndai Mobis JV, Kết quả đo đạc nội lực trong thanh chống - VW strain gauge record sheet – HCMC Package #8 Pump Station, 2004-2005-2006

[6] Brinkgreve R. B. J. & Broere W. (2004), Plaxis Manual, Version 8.

[7] Duncan, J. M., and Chang, C. Y. (1970), Nonlinear analysis of stress and strain in soils, Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, 96(SM5), 1629-1653.

SUMMARY

STUDY ON THE EFFECTS OF SOIL CONSTITUTIVE MODEL ON THE PREDICTIONS OF EXCAVATION INDUCED GROUND MOVEMENTS AND LATERAL WALL

DEFLECTIONS

The purpose of this study is to analyse the effects of soil constitutive model on the predictions of excavation. Parametric studies have been carried out to investigate the effect of soil stiffness parameters ( ) of HS model on the lateral wall deflection, based on the results of parametric studies and comparison with measured field data. The effects of soil constitutive model on the predictions of excavation induced ground movements, lateral wall deflections and strut forces were performed using Hardening Soil and Mohr – Coulomb models based on the above proposed comprising. The results demonstrate that more realistic predictions of wall deflections and ground deformations can be obtained by Hardening Soil model. However, in term of strut forces prediction, there appears to be no advantage in using non-linear model over a simple elastic-perfectly plastic model.

refurE

18