BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM - VŨ TÂM LỘC PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH HỆ TƯỜNG VÂY TRONG Q TRÌNH THI CƠNG HỐ ĐÀO SÂU BẰNG MƠ HÌNH PLAXIS 3D LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã ngành: 60.58.02.08 TP HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM - VŨ TÂM LỘC PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH HỆ TƯỜNG VÂY TRONG Q TRÌNH THI CƠNG HỐ ĐÀO SÂU BẰNG MƠ HÌNH PLAXIS 3D LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã ngành: 60.58.02.08 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRƯƠNG QUANG THÀNH TP HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2015 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP.HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS TRƯƠNG QUANG THÀNH Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Công nghệ TP.HCM ngày 24 tháng 10 năm 2015 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: T T P G P G P G T S P G Chứ c Ủ viên, Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHỆ TP HCM CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP HCM, ngày…… tháng…… năm 2015 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: VŨ TÂM LỘC Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 12/12/1986 Nơi sinh: Ninh Thuận Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình DD CN MSHV: 1341870041 I Tên đề tài: Phân tích ổn định hệ tường vây q trình thi cơng hố đào sâu mơ hình Plaxis 3D II Nhiệm vụ nội dung: Mở đầu Tổng quan phân tích ổn định tường vây thi công hố đào sâu Cơ sở lý thuyết phân tích ổn định tường vây phần tử hữu hạn Phân tích số yếu tố hình học hố đào ảnh hưởng đến chuyển vị ngang tường vây hố đào sâu So sánh chuyển vị ngang mô Plaxis 3D quan trắc cơng trình tường vây thực tế III Ngày giao nhiệm vụ :17/03/2015 IV Ngày hoàn thành nhiệm vụ :17/09/2015 V Cán hướng dẫn :TS TRƯƠNG QUANG THÀNH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Phân tích ổn định hệ tường vây q trình thi cơng hố đào sâu mơ hình Plaxis 3D” cơng trình nghiên cứu riêng thực hướng dẫn khoa học TS Trương Quang Thành Các số liệu đề tài thu thập sử dụng cách trung thực Kết nghiên cứu trình bày luận văn không chép luận văn chưa trình bày hay cơng bố cơng trình nghiên cứu khác trước Tp HCM, ngày 02 tháng năm 2015 Học viên thực Luận văn Vũ Tâm Lộc ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành Luận văn Thạc sĩ với đề tài: “Phân tích ổn định hệ tường vây q trình thi cơng hố đào sâu mơ hình Plaxis 3D”, tơi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến: TS Trương Quang Thành, người bảo hướng dẫn tận tình để tơi hiểu rõ phương pháp khoa học nội dung đề tài, từ hồn chỉnh luận văn Q thầy cô trường Đại học Công nghệ TP Hồ Chi Minh, đặc biệt thầy cô Khoa Xây dựng truyền đạt kiến thức kinh nghiệm quý báu làm tảng vững để hoàn thành luận văn phục vụ cho công việc sau Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp ủng hộ mặt tinh thần, tạo điều kiện, tạo động lực hỗ trợ cho tơi suốt q trình học tập thực đề tài Xin chân thành cảm ơn Tp HCM, ngày 02 tháng năm 2015 Tác giả Luận văn Vũ Tâm Lộc TĨM TẮT Tại TP Hồ Chí Minh ngày nhiều cơng trình cao tầng xây dựng Thi công tầng hầm thường dùng tường vây barrette Dự báo chuyển vị tường vây môt yếu tố quan trọng công tác thi công hố đào sâu Trong nội dung luận văn chủ yếu phân tích số yếu tố dạng hình học mặt hố đào đến chuyển vị ngang tường vây Tổng hợp kết nghiên cứu sở lý thuyết chuyển vị ngang tường vây giới Việt Nam Bằng cách sử dụng phần mềm Plaxis 3D mơ cơng trình hố đào gồm tường vây barrette, hệ kingpost hệ dầm ngang điều kiện địa chất giả định giống nhau, tương ứng với số dạng mặt hố đào sâu khác Từ kết phân tích rút số vấn đề chuyển vị ngang tường vây barrette theo dạng hình học hố đào có xét đến hiệu ứng khơng gian Lựa chọn cơng trình cụ thể có ứng dụng tường vây barrette TP Hồ Chí Minh để so sánh chuyển vị tường ứng với hai trường hợp: quan trắc mô phần mềm Plaxis 3D Luận văn giúp cho người kỹ sư thiết kế có thêm sở lý luận việc lựa chọn giải pháp tường vây barrette cho cơng trình cao tầng có nhiều tầng hầm ABSTRACT At Ho Chi Minh City, people could see more and more high-rise buildings are going under construction And these constructions are usually using barrette technique Therefore, the correct estimation deformation of retaining wall is an important element in the construction of the deep excavation The aim of this thesis is to analyze some elements of geometry deep excavation to deformation of retaining wall Also, thesis provides the summary of research results and basis theory of deformation of retaining wall in the world as well as in Vietnam The main method is using Plaxis 3D software to simulate of the deep excavation, Kingpost and collar beam in given the same geological conditions assumption, corresponding to several different grounds of deep excavation Then, by applying collected result, thesis leads to some conclusions about deformation of excavation based on the geometry of parameters with considering the effect of space In case study, thesis chooses a specific project which applies barrette at HCM city and compares wall of deformation in two methods: observation and simulation by Plaxis 3D software This thesis will provide designer construction more rationale in choosing barrette for high-rise or skyscraper buildings with multiple basements today MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TƯỜNG VÂY TRONG THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU 1.1 Đặc điểm hố đào sâu 1.2 Phân loại hố đào 1.2.1 Theo phương thức đào 1.2.2 Phân loại theo đặc điểm chịu lực kết cấu chắn giữ 1.2.3 Phân loại theo chức chắn giữ hố đào 1.3 Các loại tường vây hố đào thường sử dụng 1.3.1 Tường chắn cọc đất trộn xi măng 1.3.2 Tường chắn cọc khoan nhồi 1.3.3 Tường chắn cọc thép hình 1.3.4 Tường chắn dạng hàng cọc thép 1.3.5 Tường chắn cọc bê tông cốt thép 1.3.6 Tường vây barrette 1.4 Các phương pháp ổn định tường vây barrette 1.5 Khảo sát số cơng trình hố đào sâu giới Việt Nam 1.5.1 Một số cơng trình giới 1.5.2 Một số cơng trình có thi cơng hố đào sâu Việt Nam 1.6 Các nhân tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang tường vây hố đào sâu 1.6.1 Nguồn biến dạng 1.6.2 Nguồn biến dạng 15 1.7 Phân tích chuyển vị ngang tường vây hố đào sâu phương pháp phần tử hữu hạn 19 1.8 Một số kết luận rút từ chương 21 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TƯỜNG VÂY BẰNG PHẦN TỬ HỮU HẠN 22 2.1 Cơ sở lý thuyết Plaxis 22 2.1.1 Mơ hình vật liệu 22 2.1.2 Phân tích khơng thoát nước 28 2.1.3 Phân tích nước 30 2.1.4 Phân tích kép 31 2.2 Các thông số mơ hình Plaxis 31 2.2.1 Loại vật liệu đất (Drained, Undrained, Non-porous) 31 2.2.2 Dung trọng bão hòa dung trọng khơ 32 2.2.3 Hệ số thấm 32 2.2.4 Thông số độ cứng đất 33 2.2.5 Thông số sức kháng cắt đất 35 2.3 Một số kết luận rút từ chương 36 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH MỘT SỐ YẾU TỐ HÌNH HỌC CỦA HỐ ĐÀO ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHUYỂN VỊ NGANG CỦA TƯỜNG VÂY TRONG HỐ ĐÀO SÂU 37 3.1 Giới thiệu 37 3.2 Phân tích chuyển vị ngang tường vây theo yếu tố hình học hố đào 37 3.3 Đặt tốn phân tích nghiên cứu 37 3.4 Các dạng mặt hình học hố đào phân tích 42 3.5 Kết phân tích tốn 44 3.5.1 Bài toán 44 3.5.2 Bài toán 48 3.5.3 Bài toán 52 3.5.4 Bài toán 56 3.6 Một số kết luận rút từ chương 60 CHƯƠNG 4: SO SÁNH CHUYỂN VỊ NGANG GIỮA MÔ PHỎNG PLAXIS 3D VÀ QUAN TRẮC CỦA CƠNG TRÌNH TƯỜNG VÂY THỰC TẾ 61 4.1 Giới thiệu cơng trình 61 4.1.1 Tổng quan cơng trình 62 4.1.2 Kết khảo sát địa chất cơng trình 63 4.2 Trình tự thi cơng số hình ảnh q trình thi cơng 69 4.3 Mơ tốn 74 4.4 Kết phân tích tốn 75 4.5 Một số kết luận rút từ chương 79 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 - 70 - Hình 4.6: Mặt bố trí hệ kingpost - 71 - Hình 4.7: Mặt bố trí hệ giằng chống - 72 Bảng 4.4: Thông số vật liệu hệ giằng chống C TK ấu hơí Đ E ộ A Ti H ết M o Đ x ộ Đ ộ Ti ết H M o Đ ộ x Đ ộ Ti ết H M o Đ ộ x G i , A 51 Đ k N m m E K I , N E m k A , N A 13 m m E K I , N E m k A , N A 04 m m E K I , N m Hình 4.8: Thi công xong tầng giằng đầu tiên, đào đất thi cơng tầng giằng thứ - 73 - Hình 4.9: Thi cơng tầng giằng thứ Hình 4.10: Thi cơng tầng giằng thứ Hình 4.11: Đào, vận chuyển đất thi công tầng giằng thứ - 74 - Hình 4.12: Giằng vị trí góc Hình 4.13: Đào đất lớp giằng thứ 4.3 Mơ tốn Hình 4.14: Mơ hình Plaxis 3D mơ tốn - 75 - Hình 4.15: Kết cấu tường vây hệ chống qua mô Plaxis 4.4 Kết phân tích tốn Hình 4.16a: Kết chuyển vị tường vây mơ hình 3D - 76 - Hình 4.16b: Kết chuyển vị tường vây mơ hình 3D Hình 4.17: Vị trí quan trắc thực tế - 77 Bảng 4.5: Kết chuyển vị tường vây V ị CC C h h h i u 6,u ,1 81 11 ,2 11 ,3 11 21 ,4 11 ,5 11 ,6 10 ,7 10 10 ,8 01 01 ,9 09, 91 ,1 01 10 01 01 01 11 01 09, 12 99, 21 9, 13 9, 31 9, 14 9, 41 9, 15 9, 51 49, 16 38, 61 98, 17 68, 71 07, 18 57, 81 97, 19 46, INO1 C C h h 9, u u 41 11 01 11 01 31 01 31 11 31 21 21 21 12 12 12 12 10, 11 12 12 10, 18 12 12 10, 29 12 12 10, 32 12 11 10, 20 12 11 10, 21 11 07 11 11 11 11 11 01 01 01 01 01 01 01 01 01 09, 01 89, 09, 79, 9, 59, 9, 39, 8, 18, 8, 98, 8, 78, 8, 58, 8, 48, 8, 28, 8, 07, 7, 87, 7, 67, 7, 47, 7, 27, 7, - 78 Bảng 4.5: Kết chuyển vị tường vây (tt) V INO1 ị CC C C C h h h h h i u6,u 6, u7, u 20 36, 96, 7, 02 35, 76, 7, 21 95, 56, 7, 12 75, 36, 6, 55, 15, 6, 22 15, 95, 5, 23 24, 75, 5, 32 44, 65, 5, 24 64, 45, 4, 42 74, 35, 4, 5, 3, 25 4, 52 4, 5, 3, 5, 1, 26 4, 62 3, 5, 2, 5, 2, 27 4, 72 3, 5, 2, 28 73, 05, 3, 82 42, 05, 4, 29 72, 04, 4, 93 52, 94, 4, 30 12, 94, 4, 03 22, 94, 4, 31 12, 84, 5, 13 32, 84, 5, 32 32, 84, 4, 23 22, 74, 4, 4, 4, 33 2, 2, 4, 3, 6 INO 1: Vị trí quan trắc INO 2: Vị trí quan trắc - 79 - (a) Vị trí quan trắc (INO 1) (b) Vị trí quan trắc (INO 2) Hình 4.18: Biểu đồ chuyển vị tường vây giai đoạn lắp hệ giằng thứ 4.5 Một số kết luận rút từ chƣơng - Dạng mặt hố đào sâu cơng trình lựa chọn nghiên cứu chuyển vị tường vây tương đối phức tạp, có nhiều đoạn cạnh gấp khúc góc nhọn, góc tù có giá trị khác - Qua giai đoạn thi công hố đào sâu ta nhận thấy mặt chuyển vị ngang lớn tường vây chủ yếu tập trung cạnh hố đào có chiều dài lớn, cạnh mặt hố đào ngắn, chuyển vị ngang thường có giá trị nhỏ Qua ta nhận thấy hiệu ứng khơng gian tường vây có ảnh hưởng đến chuyển vị ngang hố đào sâu - Chuyển vị ngang tường vây hố đào sâu vị trí góc nhọn thường nhỏ vị trí góc tù - Biểu đồ chuyển vị tường vây theo chiều sâu có từ kết quan trắc thực tế chuyển vị tường thu từ mơ hình Plaxis 3D có khác giá trị; nhiên nhìn chung dạng đồ thị hai trường hợp gần tương đương - 80 - Tùy theo vị trí đặt mốc quan trắc chuyển vị thực tế, so sánh với chuyển vị mơ hình có khác nhau, cụ thể mốc quan trắc số chuyển vị mơ hình nhỏ so với mốc quan trắc - Theo chiều sâu tường vây chuyển vị lớn mơ hình khoảng độ sâu từ (4 - 8) m - 81 - PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Qua kết phân tích tính tốn nội dung luận văn, tác giả đưa kết luận sau: - Với điều kiện địa chất, điều kiện kết cấu tường vây chiều sâu hố đào, xem xét số dạng mặt hố đào khác sử dụng phần mềm Plaxis 3D mơ phân tích thấy độ chuyển vị ngang lớn tường vây có giá trị khác độ lớn vị trí xuất - Việc mơ cơng trình tường vây barrette thi cơng hố đào sâu cho cơng trình có hai tầng hầm phần mềm Plaxis 3D thể rõ làm việc không gian, hiệu ứng góc hệ tường vây barrette - Việc mơ cơng trình tường vây barrette thi cơng hố đào sâu ứng với số dạng mặt hố đào khác phần mềm Plaxis 3D giúp cho người thiết kế thấy vị trí nào, cạnh tường hố đào có khả gây chuyển vị lớn nhất, tức dễ bị ổn định để từ có giải pháp xác cơng tác thiết kế, thi cơng hố đào sâu - Sử dụng mơ hình MC để mơ cơng trình thực tế xác định độ chuyển vị ngang, sau đem so sánh với kết quan trắc thực tế trình thi công hố đào nhận thấy rằng: chuyển vị thực tế tính tốn phần mềm có sai khác độ lớn nhiên dạng biểu đồ chuyển vị tương đối phù hợp Tùy thuộc vào vị trí điểm quan trắc chuyển vị hố đào mà hình dạng biểu đồ chuyển vị tường vây theo độ sâu có sai khác với kết mơ mơ hình Plaxis 3D Kiến nghị: - Các dạng mặt hố đào sâu khác tốn đặt để phân tích giả định điều kiện địa chất giả định Chưa có điều kiện - 82 tổng hợp cơng trình thực tế có dạng tương tự, có kết quan trắc thực tế để phân tích so sánh - Các kết phân tích nội dung luận văn dùng mơ hình MC, có điều kiện cần phân tích thêm với mơ hình khác để có nhận xét cụ thể - Trong điều kiện luận văn so sánh chuyển vị tường vây ứng với cơng trình thực tế ứng với điều kiện địa chất cụ thể, cần có thêm cơng trình thực tế ứng với dạng địa chất khác kèm theo kết quan trắc chuyển vị để so sánh - 83 - TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] K Terzaghi, R.B.Peck, G Mesri, Soil Mechannics in Engineering Practice, John Wiley & Sons, Third Edition, 1996 [2] T.W.Lambe, R.V.Whitman,Soil Mechannics, John Wiley & Sons, 1970 [3] Chang-Yo Ou, Deep Excavation - Theory and Practice, Taylor & Francis Group London, 2006 [4] Clough, G.W.O‟Rourke, T.D „„Construction- induced movements of in situ wall Design and Performance of Earth Retaining Structures“, ASCE Special Publication, No.25,pp.439-470, 1990 [5] W.F.Chen, E.Mizuno, Non-linear analysis in Soil Mechannics, Elsevier, 1990 [6] Holtz, Kovacs, Introduction la Geostechnique, Polytechnique Montreal Canada, 1991 [7] D.M.Wood,Soil Behaviour and critical state soil mechanics, Cambridge University, 1994 [8] J.E.Bowles, Foundation Analysis and Design, fifth Edition, Mc Graw-Hill, 1997 [9] Châu Ngọc Ẩn, Cơ học đất, NXB Đại học Quốc Gia TP.HCM, 2004 [10] Châu Ngọc Ẩn, Nền móng, NXB Đại học Quốc Gia TP.HCM, 2004 [11] Đặng Đình Minh, Thi Cơng Cọc Nhồi– Tường Trong Đất – Giếng Chìm, NXB Xây dựng, Hà Nội, 2006 [12] Nguyễn Bá Kế, Thiết kế thi cơng hố móng sâu, NXB Xây dựng, 2002 [13] Nguyễn Bá Kế, Thi công cọc khoan nhồi, NXB Xây dựng, Hà Nội, 2008 [14] Nguyễn Văn Hiệp, Sự cố cơng trình có tầng hầm TP HCM – Bài học kinh nghiệm, Báo cáo Hội thảo chuyên đề “Quản Lý chất lượng công trình xây dựng giai đoạn hội nhập”, Sở Xây dựng Thành phố Hồ Chí Minh, 2010 [15] Hà Quốc Dũng, Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ, Phân tích ứng xử đất tường vây hố đào sâu điều kiện đất yếu TP Hồ Chí Minh, 2006 [16] Lâm Hải Đăng, Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ, Nghiên cứu ảnh hưởng áp lực đất lên tường hố đào cơng trình, 2008 - 84 [17] Nguyễn Việt Tuấn, Phân tích trạng thái ứng suất – biến dạng xung quanh hố đào có kể tới yếu tố không gian Báo cáo nghiên cứu khoa học Viện KHCN Xây dựng, 2014 [18] Châu Ngọc Ẩn, Lê Văn Pha, Tính tốn hệ kết cấu bảo vệ hố móng sâu phương pháp xét làm việc đồng thời đất kết cấu Tạp chí phát triển Khoa học Công nghệ, tập 10, số 10 – 2007 [19] Nguyễn Minh Tâm, Hoàng Bá Linh Nghiên cứu sử dụng giải pháp Jet Grouting giảm chuyển vị ngang hố đào Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng số 3, năm 2013 [20] PGS.TS Đỗ Văn Đệ, Phần mềm Plaxis 3D ứng dụng vào tính tốn móng cơng trình ngầm Nhà xuất xây dựng Hà Nội, 2012 [21] “Manual of Plaxis 3D Foundation version 1.6“ [22] “ Báo cáo kết quan trắc chuyển vị ngang cơng trình Tòa nhà trụ sở cơng ty Xổ số kiến thiết TP HCM“ ... cơng trình DD CN MSHV: 1341870041 I Tên đề tài: Phân tích ổn định hệ tường vây q trình thi cơng hố đào sâu mơ hình Plaxis 3D II Nhiệm vụ nội dung: Mở đầu Tổng quan phân tích ổn định tường vây thi. .. công hố đào sâu Cơ sở lý thuyết phân tích ổn định tường vây phần tử hữu hạn Phân tích số yếu tố hình học hố đào ảnh hưởng đến chuyển vị ngang tường vây hố đào sâu So sánh chuyển vị ngang mô Plaxis. .. Phân tích ổn định hệ tường vây trình thi cơng hố đào sâu mơ hình Plaxis 3D giúp cho người kỹ sư thi t kế móng có thêm sở lý luận dự báo chuyển vị hố đào sâu, ảnh hưởng dạng hình học mặt hố đào