PHÂN TÍCH TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG XUNG QUANH HỐ ĐÀO CÓ KỂ TỚI YẾU TỐ KHÔNG GIAN TS. NGUYỄN VIỆT TUẤN Viện KHCN Xây dựng 1. Mở đầu Trong thời gian gần đây, đánh giá trạng thái ứng suất - biến dạng (ƯS-BD) của khối đất nền và thành hố đào khi thi công hố đào sâu (có độ sâu >5m) trong khu vực dân cư là một vấn đề cấp thiết đang được đặt ra, đặc biệt là trong các đô thị lớn có điều kiện địa chất phức tạp như thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội Trạng trạng thái ƯS-BD khi thi công hố đào sâu chịu nhiều yếu tố tác động như điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn, tính chất cơ lý của đất nền, hình dạng hố đào, độ cứng hệ chống đỡ, trình độ kỹ thuật thi công trong đó yếu tố hình học của hố đào là một vấn đề không thể bỏ qua. 2. Ảnh hưởng của kích thước hình học hố đào Để xem xét ảnh hưởng của yếu tố không gian trong việc phân tích trạng thái ƯS-BD khi thi công hố đào sâu, chúng ta xem xét việc phân tích kết quả của một bài toán mô phỏng việc thi công một hố đào có các kích thước thay đổi trong khối đất đồng nhất có chiều cao là 100m, chiều rộng 100m, chiều dài là 200m. Sơ đồ tính được thể hiện trong hình 1. Các phương án khảo sát được đưa ra trong bảng sau. Các trường hợp khảo sát Trường hợp 1 Trường hợp 2 Trường hợp 3 a = b = 10m a) h = 5m b) h = 10m a = 20m; b = 40m a) h = 10m b) h = 20m a = 30m; b = 60m a) h = 10m b) h = 20m Các mô hình địa cơ học được sử dụng  đàn hồi tuyến tính – E  đàn dẻo Morh -Coulum – MK  hardening soil (tái bền) – HS Các thông số của đất nền E oed = E 50 = 60000 KN/m 2 ; E ur = 3 E 50 = 180000 KN/m 2  = 10 kN/m 3 с = 1000 kN/m 2  = 30  Việc phân tích các kết quả dự tính trạng thái ƯS-BD của khối đất và hố đào trong các trường hợp hố đào có kích thước thay đổi khác nhau sẽ cho thấy ảnh hưởng của các yếu tố độ sâu, chiều rộng, chiều dài hố đào tới trạng thái ƯS-BD của khối đất nền. '  Hình 1 . Mô hình tính của bài toán khảo sát với hố đào có kích thước dài, rộng, sâu là a, b, c -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 -40 -20 0 20 40 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 -40 -20 0 20 40 Hình 2. Độ lún bề mặt trong các phương án 1b và 2b Việc phân tích kết quả các phương án tính toán cho thấy khi tỷ lệ kích thước giữa chiều dài và chiều rộng của hố đào tăng lên thì trạng thái ƯS-BD của khối đất nền quanh hố đào cũng thay đổi, phạm vi ảnh hưởng tăng lên và tiến gần tới trạng thái ƯS-BD của bài toán phẳng. Mặt khác việc sử dụng mô hình địa cơ học cũng cần phải xem xét để thích ứng với mô hình làm việc của bài toán và sự ứng xử của đất nền. 3. Ảnh hưởng của các yết tố hình học hố đào Để xem xét ảnh hưởng của hình dạng hố đào tới trạng thái ƯS-BD của khối đất nền chúng ta xem xét kết quả khảo sát bài toán độ lún bề mặt khi thi công hố đào ở gần một công trình có sẵn. Sơ đồ tính toán và các thông số của bài toán được cho trong hình 3. м 20 м 32 м 20 м 40 м 32 м 200 м 200 м 32 м 10 м 20 м 20 м 35 м 100 м 200 Bài toán 1 м20 м32 м40 м20 м32 м 200 м 32 м 10 м 40 м20 м 35 м100 м 200 Bài toán 2 Hình 3. Hai sơ đồ tính cho bài toán khảo sát Kết quả tính toán được thể hiện ở hình 4. Hình 4a. Biến dạng tổng của khối đất khi công trình nằm ở phía cạnh dài của hố đào Hình 4b. Biến dạng tổng và phân bố độ lún bề mặt khi công trình nằm ở phía cạnh ngắn của hố đào Kết quả ở hình 4 cho thấy kích thước hố đào có ảnh hưởng tới độ lún của công trình lân cận. Sự phân bố và giá trị độ lún bề mặt trên khối đất khi thi công hố đào ở gần công trình có sẵn phụ thuộc vào vị trí của công trình nằm gần cạnh dài hay cạnh ngắn của hố đào. Công trình nằm ở phía cạnh dài của hố đào sẽ có độ lún lớn hơn là công trình nằm ở phía cạnh ngắn. 4. Ảnh hưởng của yếu tố không gian trong một công trình hố đào thực tế Xem xét vấn đề ảnh hưởng của yếu tố không gian trong việc dự tính trạng thái ƯS-BD của đất nền và hố đào tại khách sạn “PACIFIC-PLACE” ở 83 Lý Thường Kiệt, Hà Nội. Công trình “PACIFIC- PLACE” là khối nhà cao 18 tầng (cao 65,75m) và 5 tầng hầm (sâu 17m). Kết cấu móng công trình sử dụng móng bè bê tông cốt thép dày 2m nằm trên hệ cọc khoan nhồi đường kính 1m và 1,2m. Tầng hầm công trình có chiều rộng 80 x70m sâu 17m được thi công theo phương pháp “top-down” sử dụng hệ chống đỡ là hệ dầm công trình kết hợp với hệ kết cấu “tường trong đất” dày 0,8m sâu 23m (hình 5). Hình 5. Công trình “Pacific Place” Để kiểm soát quá trình thi công, trên công trình có bố trí 3 điểm đo chuyển dịch ngang, 33 điểm đo lún. Vị trí các điểm bố trí quan trắc được cho trên hình 6. 69475 1 2 4 3 5 6 7 8 8 7 6 5 3 4 2 1 Г E Ж КИ З ДБВА 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 3A 2 124 33 23 ICl-1 ICl-2 ICl-3 1275 3050 8400 8400 8400 8400 840 0 59 25 5925 9 150 73 9 11141 1340 5575 8400 8400 8400 8400 840 0 59 25 5925 9 150 7000 75575 1275 4300 8400 8400 84004481 39 19 7400 5925 5925 9150 739 11141 1340 5575 8400 8400 8400 8400 840 0 59 25 5925 9 150 75575 1520 42 50 8400 8400 8400 84 00 8400 4200 6140 1180 8820 1365 5770 84 00 8400 8400 8400 8400 4200 7320 10185 1520 42 50 84 00 8400 8400 8400 8400 4200 6140 1180 8820 136 5 5770 84 00 8400 8400 8400 8400 4200 7320 10185 69475 А В Б Д З И К Ж EГ Hình 6. Sơ đồ bố trí các điểm quan trắc lún và chuyển dịch ngang Quá trình thi công các tầng hầm được mô phỏng lại trên máy tính bằng các chương trình plaxis 3d Foundation cho bài toán không gian và plaxis 2d cho bài toán phẳng. Các kết quả tính toán được so sánh với số liệu đo thực tế, thể hiện trong các hình 7, 8. -0.04 -0.035 -0.03 -0.025 -0.02 -0.015 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 Khoảng cách tới thành hố đào (m) Độ lún (m) 2D 3D Đo thực tế -0.045 -0.04 -0.035 -0.03 -0.025 -0.02 -0.015 -0.01 -0.005 0 0.005 -80 -60 -40 -20 0 Khoảng cách tới thành hố đào (m) Độ lún (m) 2D 3D Đo thực tế -0.045 -0.04 -0.035 -0.03 -0.025 -0.02 -0.015 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 Khoảng cách tới thành hố đào (m) Độ lún (m) 3D 2D Đo thực tế Hình 7. So sánh độ lún bề mặt giữa cách tính theo không gian, theo bài toán phẳng và số liệu đo thực tế -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 0 0.02 0.04 0.06 0.08 Chuyển dịch ngang của thành hố đào (m) Chiều sâu (m) 3D 2D Đo thực tế -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 Chuyển dịch ngang của thành hố đào (m) Chiều sâu (m) 2D 3D Đo thực tế -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 -0.02 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 Chuyển dịch ngang của thành hố đào (m) Độ sâu (m) 3D 2D Đo thực tế Hình 8. So sánh chuyển dịch ngang của thành hố đào giữa các kết quả tính theo không gian, theo bài toán phẳng và số liệu đo thực tế Các kết quả thể hiện trong hình 7, 8 cho thấy vùng ảnh hưởng và giá trị độ lún bề mặt khi thi công hố đào của công trình có sự khác biệt rõ rệt: Vùng ảnh hưởng lún khi tính toán theo sơ đồ bài toán phẳng lớn gấp 1,5 lần so với khi tính bài toán không gian và giá trị độ lún tăng gấp đôi. Chuyển dịch ngang của thành hố đào trong trường hợp tính theo sơ đồ bài toán phẳng có giá trị lớn gấp 3 lần so với khi tính theo sơ đồ bài toán không gian. Giá trị độ lún bề mặt và chuyển dịch ngang của thành hố đào tính theo sơ đồ không gian tương đối gần với giá trị đo được trong thực tế. 5. Nhận xét Qua việc phân tích kết quả mô phỏng các bài toán có liên quan tới sự thay đổi kích thước hố đào, chúng ta thấy yếu tố không gian trong bài toán hố đào là một vấn đề không thể bỏ qua khi dự tính trạng thái ƯS-BD của khối đất nền khi thi công hố đào. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. ТЕР-МАРТИРОСЯН З. Г. Прогноз механических процессов в массивах многофазных грунтов, М., Недра, 1986. – 290c . 2. ТЕР-МАРТИРОСЯН З. Г., АХПАТЕЛОВ Д. М. Расчет напряжено-деформированного состояния массивов многофазных грунтов, М., МИСИ, 1982. – 118c . 3. ТЕР-МАРТИРОСЯН З. Г. Эквивалентные характеристики деформируемости и прочности многокомпонентного грунта // Материалы Международного Совещания заведущих кафедрами МГр., Инж. геологии, О и Ф и Подземного стр-ва строительных вузов и факультетов, М., МГСУ, с.15-25, 2003. 4. ИЛЬИЧЕВ В.А., КОНОВАЛОВ П.А., НИКИф ОΡОВА Н.С. Деформации существующих зданий при строительстве заглубленных сооружений. – М.: НИИОСП им. Н.М. Гесеванова – 70 лет. Труды института. 2001. – с.253-263. 5. ИЛЬИЧЕВ В.А., КОНОВАЛОВ П.А., НИКИф ОΡОВА Н.С. Исследование влияния строящихся заглубленных сооружений на деформации близрасположенных зданий. – М.: Основания, фундаменты и механика грунтов. № 4. – с. 8-11, 2002. 6. Report on geological investigation project “Ever Fortune Plaza” - 83 Ly Thuong Kiet Street, Hanoi, 2002. 7. Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng. Kết quả thẩm tra hồ sơ thiết kế kỹ thuật công trình “ Pacìic Place” - 83 Lý Thường Kiệt, Hoàn Kiếm, Hà Nội, 2005. . -0 .04 -0 .035 -0 .03 -0 .025 -0 .02 -0 .015 -0 .01 -0 .005 0 0.005 0.01 -8 0 -7 0 -6 0 -5 0 -4 0 -3 0 -2 0 -1 0 0 Khoảng cách tới thành hố đào (m) Độ lún (m) 2D 3D Đo thực tế -0 .045 -0 .04 -0 .035 -0 .03 -0 .025 -0 .02 -0 .015 -0 .01 -0 .005 0 0.005 -8 0 -6 0 -4 0 -2 0 0 Khoảng. 0 Khoảng cách tới thành hố đào (m) Độ lún (m) 2D 3D Đo thực tế -0 .045 -0 .04 -0 .035 -0 .03 -0 .025 -0 .02 -0 .015 -0 .01 -0 .005 0 0.005 0.01 -7 0 -6 0 -5 0 -4 0 -3 0 -2 0 -1 0 0 Khoảng cách tới thành hố đào (m) Độ. thực tế -5 0 -4 5 -4 0 -3 5 -3 0 -2 5 -2 0 -1 5 -1 0 -5 0 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 Chuyển dịch ngang của thành hố đào (m) Chiều sâu (m) 2D 3D Đo thực tế -5 0 -4 5 -4 0 -3 5 -3 0 -2 5 -2 0 -1 5 -1 0 -5 0 -0 .02 0