www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn NH HNG CA H O SU N LN MT NN CễNG TRèNH LN CN Nguyn Hng Nam Vn Thiu Trn Vn Bo Túm tt: Nghiờn cu nh hng bt li ca h o sõu thi cụng cỏc cụng trỡnh xõy dng nh nh cao tng, cụng trỡnh ngm n bin dng nn cỏc cụng trỡnh lõn cn cú ý ngha ln, nhm m bo an ton v gim thiu thit hi cho ngi Bi bỏo gii thiu hai phng phỏp phõn tớch bin dng nn cụng trỡnh lõn cn h o ú l phng phỏp dm trờn nn n hi v phng phỏp phn t hu hn Nghiờn cu mụ phng s theo hai phng phỏp núi trờn ó c thc hin, ú cú xột nh hng ca cỏc tham s n lỳn mt nn nh chiu sõu h o, khong cỏch t mộp h o n cụng trỡnh lõn cn, ti trng b mt Kt qu tớnh cho thy chiu sõu h o, khong cỏch t mộp h o n cụng trỡnh lõn cn v ti trng b mt nh hng ỏng k n lỳn mt nn Nhỡn chung cú s phự hp tng i v kt qu tớnh lỳn mt nn lõn cn h o sõu theo hai phng phỏp núi trờn th hin bi s dm trờn nn n hi (IIichev v nnk, 2006) Mụ hỡnh Winkler th hin s tng tỏc gia to nh v t b mt Chỳ ý rng ng x ca t cng cú th c mụ phng bi cỏc mụ hỡnh khỏc nh mụ hỡnh liờn tc, lỳn b mt xung quanh h o c xỏc nh t li gii ca nhng bi toỏn ny Phng trỡnh vi phõn trc un ca dm c gi thit nh sau: d y ( x) EJ + k.y(x) = q (1) d ( x) ú, k l h s phn lc nn; q l ti trng phõn b tỏc dng lờn dm Ta xột trng hp cỏc gi ta cú chuyn v nht nh cho trc f (x) (Hỡnh 1b), nh l kt qu ca s bin dng chụn sõu nht nh Nhng bin dng ny khụng ỏng k v chỳng khụng lm thay i c tớnh ca t trờn b mt, tc l h s phn lc nn c gi nguyờn nh trc ú Chuyn v ca cỏc gi ca dm ( f (x)) cú th c vit nh sau: I T VN Thc t xõy dng cỏc cụng trỡnh ngm trờn a bn thnh ph H Ni v H Chớ Minh cho thy cú rt nhiu h múng sõu c thi cụng cnh cỏc cụng trỡnh ó c xõy dng trc ú Mt t l thi cụng cỏc h o l cỏc cụng trỡnh lõn cn h o s b bin dng i vi cỏc cụng trỡnh ln, nu ny khụng c x lý hiu qu thỡ tai khụn lng cú th xy i vi nh dõn xung quanh h o xõy dng cụng trỡnh Phõn tớch bin dng ca tũa nh c xõy dng t trc bờn cnh mt h o sõu thi cụng h múng cn c thc hin thit k gii phỏp nn múng, ú cn xột cỏc yu t nh hng lỳn mt nn nh chiu cao tũa nh, chiu sõu h o, khong cỏch t h o n tũa nh, c tớnh t nn T vic phõn tớch ny, cú th tỡm cỏc tham s nh hng chớnh v cỏc bin phỏp x lý hiu qu tng mc an ton cho tũa nh cng nh gim thiu thit hi Bi bỏo gii thiu v so sỏnh hai phng phỏp tớnh lỳn mt nn cụng trỡnh lõn cn h o l phng phỏp dm trờn nn n hi v phng phỏp phn t hu hn y(x) = w(x) + f (x) (2) y ( x) + k y(x) - f(x ) = q (3a) x y ( x) EJ + k.y(x) = q + k f (x) (3b) x Quan h gia lỳn b mt v khong cỏch ti h o sõu c gi thit di õy, da trờn kt qu thc nghim: EJ II TNH LN CễNG TRèNH LN CN H O THEO PHNG PHP DM TRấN NN N HI 2.1 C s lý thuyt Mt to nh nm gn mt h o sõu c mụ phng bi mt dm vụ hn cú cng chng un EJ Tng tỏc gia to nh v t nn c f x = f1 e H K Hk x (4) www.vncold.vn www.vncold.vn www.vncold.vn Trong ú: H k l sõu h o, 0.7552 , f1 l h s kinh nghim, c trng lỳn b mt ln nht f1 = (0.1 10.1)% H k f1 ly trung bỡnh bng 1.1% H k t b= Hk i vi trng hp nh cỏch h o mt khong L (Hỡnh 2), im gc ta trc x c t ti u trỏi ca dm Do ú: y ( x) EJ + k.y(x) = q + k f1 H k e b ( x L ) (5) x Nghim tng quỏt ca phng trỡnh khụng thun nht (5) cú th vit nh sau: Hỡnh Mụ hỡnh nn Winkler q y R.KTN1 + y R.KTN =y TQ.KTN TQ.TN Trong ú y l nghim ca phng trỡnh TQ.TN thun nht (6) di õy: d y ( x) EJ + k.y(x) = (6) dx Nghim tng quỏt ca phng trỡnh thun nht cú th c vit di dng sau: y = e x (Acos x +Bsin x )+ TQ.TN y x Hk f(x) L Hỡnh Mụ hỡnh nh v h o (khụng cựng mt t l) y ( x) EJ + k.y(x) = q (8) x q y R.KTN1 = k y R.KTN c gii t phng trỡnh sau: (7) e x (Ccos x + D sin x ) k Trong ú, 4EJ Cỏc hng s A,B,C,D c xỏc nh t iu kin biờn i vi dm na vụ hn, C=0 v D=0 li gii nghim tng quỏt ca phng trỡnh (7) x>0 Vỡ cỏc s hng th v th tng vụ hn x iu ny mõu thun vi ý ngha vt lý ca bi toỏn ó nờu Nh vy phng trỡnh (7) cú dng sau: y = e x (Acos x + B sin x ) (7,a) TQ.TN y R.KTN1 c xỏc nh t phng trỡnh sau: y ( x) EJ + k.y(x) = k f1 H k e b ( x L ) x t nghim riờng khụng thun nht cú dng y R.KTN = k e bx EJ b k1.e bx + k.k1.e bx = k f1.H k e bL e bx kf1 H k ú, k1 = EJb k k f1 H k Suy y R.KTN = e b ( x L ) (9) EJb k Tũa nh c xem nh mt dm na vụ hn c cht ti bi trng lng ngụi nh (tớnh t nh) v bi cỏc chuyn v nn ph thờm s xut hin ca h o sõu bờn cnh tũa nh gõy www.vncold.vn www.vncold.vn Cỏc hng s A, B cú th xỏc nh t cỏc iu kin biờn di õy Ti im gc ta x=0, mụ men un M= 0, lc ct Q= Ta gi thit rng: y ( x) y ( x) M= - EJ ; Q= EJ (10) x x Trong trng hp ny, iu kin biờn s c vit di dng sau: y ( x) y ( x) - EJ =0; EJ =0 (11) x x o hm phng trỡnh: q y TQ.KTN = e x (Acos x + B sin x ) + k k f1 H k + e b ( x L ) (12) EJb k k f1 H k t = ta c: EJb k b e bL b 3e bL b e bL B= v A = 22 23 22 k t x ú v 4EJ I = e cos sin II = e cos (13) III = e sin cos www.vncold.vn Cui cựng: yx x q (15) k Phng trỡnh (15) l phng trỡnh trc un ca dm di tỏc dng ca ti trng phõn b u phm vi lõn cn h o, nhn c t gi thit s tip xỳc gia dm v nn c m bo Cụng thc xỏc nh lỳn ca tũa nh trờn múng bng sut chiu di ca nú phm vi lõn cn h o c vit di dng sau: q S x k r x (16) k A f H5 k Trong ú: 1 k ; A = EJ A1 H k -k : l h s phn lc nn (kN/m ) -EJ: l cng ca tũa nh, ph thuc vo s tng (kNm /m; xem Bng 1) -q: l ỏp sut ỏy múng ti mt di múng bng ca tũa nh -kr: h s xột nh hng ca loi kt cu chn t h o, nhn c t quan sỏt chuyn v thc t ca to nh gn h o -Hk: chiu sõu h o (m) -x: l ta im dc chiu di tũa nh (m), x=0 ti u tũa nh gn h o nht H s phn lc nn cú th xỏc nh t cụng thc Gorbunov-Posadov: 1.14 E0 k , ú E0 l mụ un bin dng ca t nn : h s possion , ' : Chiu rng múng IV = e sin Phng trỡnh (12) cú th c vit nh sau: q y TQ.KTN = A II + B IV + k k f1 H k + e b ( x L ) EJb k Bng Tr s EJ ca to nh Nh Dm sn Mt tng Ba tng Nm tng Mi tng y(x)= b e bL b b ( x L ) II IV e q + (14) k b e bL t v 22 b x II IV ( ) e b x L EJ, kNm2/m 6,47.103 2.00.107 6.00.108 6,98.108 4,39.109 2.2 Nghiờn cu tham s Cụng thc (16) cho thy lỳn ca to nh ph thuc vo cỏc tham s cú liờn quan n: h o (Hk, kr), nh (q, EJ, L) v t nn ( , E0 , k ) thun tin cho vic tớnh toỏn v so sỏnh kt qu, nh hng ca tham s uc xem xột di õy: www.vncold.vn www.vncold.vn 2.2.1 nh hng ca chiu sõu h o Hk Ta xột nh hng ca chiu sõu h o vi cỏc giỏ tr Hk=3, 5, v 10m Cỏc thụng s khỏc c chn nh sau: EJ=6,98.108 kNm2/m (xột nh tng); E0=104kN/m2, q=50 kN/m2, L=2m, =0.35, ' , k r =0.8 Hỡnh th hin nh hng ỏng k ca chiu sõu h o Hk n lỳn mt nn Uy Cú th thy rng h o cng sõu thỡ lỳn cng ln www.vncold.vn cho 1m chiu rng tng c th hin Bng Khoảng cách tính từ mép hố đào (m) Độ lún mặt nền, Uy (m) 0.0 2.2.2 nh hng ca khong cỏch t mộp h o n cụng trỡnh L nh hng ca khong cỏch tớnh t mộp h o n cụng trỡnh L c xột vi cỏc giỏ tr khỏc nhau: L=0, 2, 6, 10 v 12 m, c nh chiu sõu h o Hk=10m v cỏc tham s khỏc núi trờn Hỡnh cho thy nh hng ca khong cỏch L n lỳn mt nn Uy Cú th thy rng h o cng cỏch xa cụng trỡnh thỡ lỳn cng nh i vi nhng cụng trỡnh c xõy ụ th vi mt nh dy, khong cỏch t mộp h o n nh xung quanh (L) thng nh Kt qu mụ phng (Hỡnh 4) cho thy L nh, lỳn mt nn ln Tuy nhiờn, so vi lỳn nh hng ca chiu sõu h o Hk (Hỡnh 3) thỡ lỳn nh hng ca khong cỏch h o n cụng trỡnh nh hn 10 20 30 40 50 60 70 -0.1 q=50 kN/m L=2m -0.2 -0.3 -0.4 Hk=10m Hk=7m Hk=5m Hk=3m -0.5 -0.6 -0.7 Hỡnh nh hng ca chiu sõu h o n lỳn mt nn Khoảng cách tính từ mép hố đào (m) Độ lún mặt nền, Uy (m) 0.0 III TNH BIN DNG CễNG TRèNH LN CN H O THEO PHNG PHP PHN T HU HN 10 20 30 40 50 60 70 80 -0.1 -0.2 q=50 kN/m Hk=10m -0.3 -0.4 L=0m L=2m L=6m L=10m L=12m -0.5 -0.6 -0.7 3.1 Mụ phng bi toỏn h o H o c mụ phng theo s bi toỏn phng Vỡ h o i xng nờn ch cn xột mt na bi toỏn (Hỡnh 5) Cỏc thụng s mụ phng ca bi toỏn vớ d nh sau: Chiu sõu h o Hk=10m, khong cỏch t mộp h o n cụng trỡnh lõn cn L=2m, ti trng b mt q=50kN/m2, mc nc ngm nm sõu Tng c Larssen v chng ngang bng thộp t nn c mụ phng theo mụ hỡnh MohrCoulomb vi cỏc giỏ tr c th hin Bng Tng c c mụ phng bi phn t Plate Mụ un n hi E=2,1.108 kN/m2 Cỏc thụng s Hỡnh nh hng ca khong cỏch t mộp h o n cụng trỡnh n lỳn mt nn Hỡnh Mụ hỡnh bi toỏn www.vncold.vn www.vncold.vn Thanh chng ngang bng thộp cỏn tit din ch I vi cỏc thụng s k thut nh sau : h=450mm, b=160mm, d=8.6mm, t=14.2mm, R=16mm, E = 2,1.108 kN/m2, A=83cm2, Jx=27450cm4, Jy=807cm4, trng lng riờng 65.2kg/m EA = 1,743.106 kN Li phn t hu hn bao gm cỏc phn t tam giỏc 15 im nỳt (Hỡnh 6) Li c lm mn cc b ti nhng ch thay i ng sut Trng hp thi cụng c xem xột tớnh toỏn Trỡnh t thi cụng h múng nh sau: -Giai on 1: úng c thộp Larsen bao quanh h múng, o h múng t cao trỡnh mt nn (+30m) xung cao trỡnh +26m -Giai on 2: Lp chng ngang th nht ti cao trỡnh +28 m -Giai on 3: o xung cao trỡnh +23m -Giai on 4: Lp chng ngang th ti cao trỡnh +24 m -Giai on 5: o xung cao trỡnh ỏy h múng +20m Phn mm Plaxis version 8.6 (Brinkgreve v nnk, 2006) c s dng phõn tớch bin dng Hỡnh th hin kt qu tớnh toỏn bin dng ti giai on cui cựng o n ỏy h múng v lp t cỏc chng ngang Hỡnh Li phn t hu hn Hỡnh Li bin dng o xung ỏy h múng 3.2 Nghiờn cu nh hng tham s Cỏc Hỡnh n 10 th hin kt qu lỳn mt nn theo chiu di nh cỏc thụng s chiu sõu h o Hk, khong cỏch t mộp h o n to nh L, v ti trng b mt q thay i Hỡnh v 10 ln lt cho thy nh hng ca L, q n lỳn b mt rừ rt H o thi cụng cng gn cụng trỡnh v ti trng cng ln thỡ lỳn mt nn cụng trỡnh cng ln Cn chỳ ý nh hng ca ti trng b mt n lỳn cụng trỡnh tớnh theo phng phỏp phn t hu hn l ỏng k (Hỡnh 10), kt qu tớnh lỳn theo phng phỏp lý thuyt n hi khụng cho thy nh hng rừ rt ca ti trng b mt n lỳn mt nn Bng Thụng s mụ hỡnh Mohr-Coulomb i vi t nn Tham s Trng lng riờng Gúc ma sỏt Lc dớnh c Gúc n Modul bin dng E0 H s poission n v kN/m3 kN/m2 kPa - Giỏ tr 18 15 104 0.35 Bng Cỏc thụng s mụ hỡnh tng c thộp Tham s Din tớch mt ct ngang A Trng lng riờng W Mụmen quỏn tớnh I EA EI n v cm2 Giỏ tr 96.99 kN/m2 12 cm4/m 38,6.103 kN/m kNm2/m 2,037.106 8,1.104 www.vncold.vn IV SO SNH KT QU TNH LN THEO PHNG PHP DM TRấN NN N HI V PHN T HU HN Hỡnh 11 v 12 so sỏnh kt qu tớnh lỳn mt nn theo phng phỏp dm trờn n hi v phn t hu hn khong cỏch tớnh t mộp h o thay i, i vi phng ỏn Hk=7 v 10m www.vncold.vn www.vncold.vn Trong mi trng hp so sỏnh, cỏc giỏ tr tham s thit k nh khong cỏch h o n cụng trỡnh, ti trng b mt c gi c nh hu hn ó mụ phng (tham kho Potts v Zdravkovic, 2001) Khoảng cách tính từ mép hố đào (m) Khoảng cách tính từ mép hố đào (m) 0.0 10 20 30 40 50 60 0.0 70 -0.2 Độ lún mặt nền, Uy (m) Độ lún mặt nền, Uy (m) -0.1 q=50 kN/m L=2m -0.3 -0.4 Hk=10m Hk=7m -0.5 www.vncold.vn 10 20 30 40 -0.2 50 60 70 Hk=10m L=2m -0.4 -0.6 q=25 kPa q=50 kPa q=60 kPa -0.8 -0.6 -0.7 Hỡnh 10 nh hng ca ti trng b mt n lỳn mt nn Hỡnh nh hng ca chiu sõu h o n lỳn mt nn Khoảng cách tính từ mép hố đào (m) Khoảng cách tính từ mép hố đào (m) 10 20 30 40 50 60 0.0 70 Độ lún mặt nền, Uy (m) Độ lún mặt nền, Uy (m) 0.0 -0.1 -0.2 q=50 kN/m Hk=10m -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 L=2m L=6m L=10m L=12m 10 20 30 40 50 60 70 -0.1 -0.2 -0.3 q=50 kN/m L=2m Hk=10m -0.4 -0.5 -0.6 Dầm đàn hồi Phần tử hữu hạn -0.7 -0.7 Hỡnh 11 So sỏnh kt qu tớnh lỳn vi Hk=10m Hỡnh nh hng ca khong cỏch t h o n cụng trỡnh n lỳn mt nn Hỡnh 12 cho thy, i vi Hk=7m, kt qu tớnh lỳn ti phm vi lõn cn h o theo phng phỏp dm trờn nn n hi ln hn giỏ tr tng ng tớnh theo phng phỏp phn t hu hn Nhỡn chung phm vi lõn cn h o lỳn tớnh theo hai phng phỏp cú th phự hp nu chn c h s k r thớch hp Vỡ s trng hp so sỏnh nghiờn cu ny cũn hn ch nờn cn xột nhiu trng hp tớnh lỳn ỏnh giỏ ton din hn Hỡnh 11 cho thy i vi phm vi lõn cn h o, hai phng phỏp dm trờn nn n hi v phn t hu hn cho kt qu lỳn b mt tng i phự hp trng hp h múng sõu (Hk=10m) Tuy nhiờn, ti cỏc v trớ xa h o thỡ cú s sai khỏc v kt qu tớnh lỳn theo hai phng phỏp núi trờn Ngoi phng phỏp dm trờn nn n hi cha xột c phm vi vừng b mt nn nh phng phỏp phn t www.vncold.vn www.vncold.vn theo phng phỏp dm trờn nn n hi v phn t hu hn Nghiờn cu hin ti ch gii hn vi tng c thộp cú chng ngang, mc nc ngm nm sõu, t nn ng cht Cỏc nghiờn cu tip theo cn m rng i vi nhiu loi kt cu chn gi h o khỏc nh tng c thộp, bờ tụng ct thộp cú neo hoc chng ngang, mc nc ngm nụng, t nn nhiu lp cú ỏnh giỏ y hn Khoảng cách tính từ mép hố đào (m) Độ lún mặt nền, Uy (m) 0.0 -0.1 -0.2 10 20 30 40 50 60 q=50 kN/m L=2m Hk=7m 70 -0.3 -0.4 www.vncold.vn Dầm đàn hồi Phần tử hữu hạn TI LIU THAM KHO -0.5 Brinkgreve, R.B.J., Broere, W and Waterman, D (2006) PLAXIS 2D- version 8, User's manual, Plaxis BV, The Netherlands Ilichev,V.A, Nikiforova, N.S and Koreneva,E.B (2006) Method for calculating bed deformation of buildings near deep excavations, Soil Mechanics and Foundation Engineering, Vol 43,No.6, pp 189-196 Potts D M and Zdravkovic, L (2001) Finite element analysis in geotechnical engineering, Application, Thomas Telford, London Hỡnh 12 So sỏnh kt qu tớnh lỳn vi Hk=7m Chỳ ý rng so vi phng phỏp dm trờn nn n hi thỡ phng phỏp phn t hu hn cú u im hn vỡ ngoi lỳn, nú cũn cho kt qu tớnh chuyn v ngang ca t nn v ni lc kt cu chn gi h o Trong thc t thi cụng cỏc h múng sõu thỡ chuyn v ngang cng c quan tõm ln kim nghim cỏc kt qu tớnh toỏn lỳn ca nn theo cỏc phng phỏp khỏc cn cỏc s liu o bin dng ti hin trng Effect of deep excavation on the surface settlements of adjacent buildings V KT LUN Nghiờn cu nh hng ca h o sõu n lỳn nn cụng trỡnh lõn cn l mt nhng ang c quan tõm xõy dng cụng trỡnh ti cỏc ụ th hin Kt qa nghiờn cu bi toỏn tớnh lỳn mt nn cụng trỡnh lõn cn h o sõu theo phng phỏp dm trờn nn n hi v phng phỏp phn t hu hn, ú cú xột cỏc tham s nh hng nh chiu sõu h o, khong cỏch h o n cụng trỡnh lõn cn, ti trng cụng trỡnh cho thy: Cỏc tham s nh hng ln n lỳn mt nn cụng trỡnh lõn cn h o bao gm chiu sõu h o Hk, khong cỏch t mộp h o n cụng trỡnh lõn cn L, v ti trng cụng trỡnh q Nhỡn chung lỳn mt nn cụng trỡnh lõn cn h o tng Hk tng, L gim, q tng Nhỡn chung cú s phự hp nht nh v kt qu tớnh toỏn lỳn mt nn lõn cn h o sõu Abstract: Study on the effect of deep excavation on surface settlements of adjacent buildings has significant meaning in order to provide safe measures and to reduce the risk for people This paper introduced two methods, namely the beam on elastic foundation and the finite element method, to analyze the surface settlements of buildings near a deep excavation The simulation results showed that in general the excavation depth, distance from excavation to the building and surcharge could significantly affect the settlement In general, there were rather consistencies in the settlements, calculated by the two methods, of buildings near a deep excavation ... ln www.vncold.vn cho 1m chiu rng tng c th hin Bng Khoảng cách tính từ mép hố đào (m) Độ lún mặt nền, Uy (m) 0.0 2.2.2 nh hng ca khong cỏch t mộp h o n cụng trỡnh L nh hng ca khong cỏch tớnh t... Hỡnh cho thy nh hng ca khong cỏch L n lỳn mt nn Uy Cú th thy rng h o cng cỏch xa cụng trỡnh thỡ lỳn cng nh i vi nhng cụng trỡnh c xõy ụ th vi mt nh dy, khong cỏch t mộp h o n nh xung quanh (L)... h o mt khong L (Hỡnh 2), im gc ta trc x c t ti u trỏi ca dm Do ú: y ( x) EJ + k.y(x) = q + k f1 H k e b ( x L ) (5) x Nghim tng quỏt ca phng trỡnh khụng thun nht (5) cú th vit nh sau: Hỡnh