BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI PHAN THANH TUẤN NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP GIA CỐ ỔN ĐỊNH CƠNG TRÌNH NGẦM TRONG THÀNH PHỐ Chun ngành : Xây dựng cơng trình thủy Mã số : 60 – 58 – 40 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS Trịnh Minh Thụ Hà Nội – 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI  PHAN THANH TUẤN NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP GIA CỐ ỔN ĐỊNH CƠNG TRÌNH NGẦM TRONG THÀNH PHỐ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT GÁY BÌA GHI:(CỠ CHỮ 16, ĐẬM) PHAN THANH TUẤN * LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT * HÀ NỘI - 2010 Hà Nội – 2010 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu với hướng dẫn, bảo tận tình thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Trịnh Minh Thụ, giúp đỡ quý báu thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp đến luận văn thạc sĩ kỹ thuật chun ngành Xây dựng cơng trình thủy với đề tài “Nghiên cứu giải pháp gia cố ổn định cơng trình ngầm thành phố” hồn thành Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến người thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Trịnh Minh Thụ hướng dẫn, giúp đỡ tận tình suốt trình thực luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo, gia đình, bạn bè, đồng nghiệp giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi trình tác giả học tập thực luận văn Do thời gian trình độ hạn chế nên luận văn khơng thể tránh khỏi thiết sót Tác giả mong nhận bảo, đóng góp ý kiến nhà khoa học, thầy cô giáo bạn đồng nghiệp Hà nội, ngày 01 tháng 12 năm 2010 Tác giả luận văn Phan Thanh Tuấn MỤC LỤC MỞ ĐẦU T T Tính cấp thiết đề tài T T Mục đích nội dung nghiên cứu đề tài T T Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu T T 4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu T T Chương 1: TỔNG QUAN T T 1.1 Giới thiệu chung công trình ngầm thi cơng giới T nước T 1.1.1 Giới thiệu số cơng trình ngầm, hố đào sâu giới T T 1.1.2 Giới thiệu số cơng trình ngầm, hố đào sâu Việt Nam T T 1.2 Các cố hố đào sâu thường gặp q trình thi cơng T T 1.2.1 Báo cáo Hiệp hội nghiên cứu thông tin công nghiệp xây T dựng Ciria T 1.2.2 Báo cáo nhóm tác giả Trung Quốc T T 1.2.3 Một số cố thi công hố đào sâu Việt Nam T T 1.3 Một số kết nghiên cứu hố đào sâu 14 T T 1.3.1 Một số nghiên cứu thực nghiệm hố đào sâu có chống đỡ 14 T T 1.3.2 Một số phương pháp dự báo chuyển dịch đất thi công T hố đào sâu 16 T 1.4 Đánh giá chung 21 T T Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 23 T T 2.1 Một số đặc trưng trạng thái ứng suất, biến dạng khối đất 23 T T 2.1.1 Mơ hình đàn hồi 23 T T 2.1.2 Mơ hình đàn dẻo 26 T T 2.1.3 Mơ hình đàn dẻo nhớt 28 T T 2.2 Cơ sở lý thuyết tính toán hố đào sâu 30 T T 2.3 Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn 32 T T 2.3.1 Nội dung phương pháp PTHH toán đàn hồi tuyến T tính 33 T 2.3.2 Nội dung phương pháp PTHH toán đàn dẻo 36 T T 2.4 Hiện tượng đẩy trồi đáy hố đào sâu 45 T T 2.5 Một số giải pháp gia cố ổn định hố đào sâu, cơng trình ngầm 46 T T 2.5.1 Tường vây barrette 46 T T 2.5.2 Tường cừ thép 48 T T 2.5.3 Tường cừ xi măng đất 50 T T 2.5.4 Tường đất 53 T T 2.6 Ổn định hố đào sâu đất có mực nước ngầm nằm cao 57 T T 2.6.1 Ảnh hưởng nước ngầm 57 T T 2.6.2 Kiểm tra ổn định tác động nước ngầm 60 T T 2.6.3 Giải pháp xử lý đất đáy thành hố đào 61 T T Chương 3: MÔ HÌNH BÀI TỐN VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 62 T T 3.1 Điều kiện đất kết cấu hố đào 62 T T 3.1.1 Giới thiệu cơng trình 62 T T 3.1.2 Điều kiện đất đặc trưng lý 64 T T 3.1.3 Kết cấu hố đào thơng số 65 T T 3.2 Lựa chọn phần mềm tính tốn 67 T T 3.3 Lựa chọn mơ hình phương pháp tính ứng suất - biến dạng 68 T T 3.3.1 Lựa chọn mơ hình vật liệu 68 T T 3.3.2 Phương pháp tính ứng suất - biến dạng 68 T T 3.4 Các trường hợp tính tốn 69 T T 3.4.1 Tính tốn cho mặt cắt Bắc – Nam khu vực rạp phim 69 T T 3.4.2 Tính tốn cho mặt cắt Đơng – Tây qua khu vực rạp phim 71 T T 3.4.3 Ảnh hưởng chiều sâu tường đất 72 T T 3.5 Phân tích kết tính tốn 73 T T 3.5.1 Phân tích kết tính cho mặt cắt Bắc – Nam khu vực rạp T phim 73 T 3.5.2 Phân tích kết tính cho mặt cắt Đơng-Tây qua khu vực rạp phim T T 81 3.5.3 Phân tích ảnh hưởng chiều sâu tường chắn cho mặt cắt Bắc T – Nam bên khu vực rạp phim 90 T KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98 T T Kết luận 98 T T Kiến nghị 100 T T TÀI LIỆU THAM KHẢO 101 T T PHỤ LỤC 102 T T DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thống kê số tòa nhà cao tầng giới có sử dụng tầng hầm T T Bảng 1.2: Thống kê số tòa nhà cao tầng có sử dụng tầng hầm xây T dựng Việt Nam T Bảng 1.3: Báo cáo Ciria T T Bảng 1.4: Báo cáo nhóm tác giả Trung Quốc (1999) T T Bảng 2.1: Hệ số an tồn cho phương pháp sử dụng độ chơn sâu (Padfied T Mair) 31 T Bảng 2.2: Thống kê số giải pháp thường dùng gia cố ổn định hố đào sâu T theo độ sâu hố đào 57 T Bảng 3.1: Thông số đất 65 Bảng 3.2: Thông số cấu kiện 66 Bảng 3.3: Giá trị chuyển vị đứng lớn đất qua giai đoạn 73 Bảng 3.4: Giá trị chuyển vị ngang lớn đất qua giai đoạn 75 Bảng 3.5: Giá trị chuyển vị đứng lớn tường chắn qua giai đoạn 76 Bảng 3.6: Giá trị chuyển vị ngang lớn tường chắn qua giai đoạn 77 Bảng 3.7: Giá trị chuyển vị đứng lớn đất qua giai đoạn 81 Bảng 3.8: Giá trị chuyển vị ngang lớn đất qua giai đoạn 83 Bảng 3.9: Giá trị chuyển vị đứng lớn tường chắn qua giai đoạn 84 Bảng 3.10: Giá trị chuyển vị ngang lớn tường chắn qua giai đoạn 86 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Hầm đường Kim Liên T T Hình 1.2: Thí nghiệm G.A Đubrova 15 T T Hình 1.3: Thí nghiệm với tường cứng 15 T T Hình 1.4: Biểu đồ thực nghiệm để dự tính độ lún đất quanh hố móng T (Peck, 1969) 17 T Hình 1.5: Quan hệ chuyển dịch ngang chuyển dịch thẳng đứng với hệ T số biến dạng (O’Rourke, 1981) 18 T Hình 1.6: Quan hệ độ lún lớn dịch chuyển lớn tường T cừ 19 T Hình 1.7: Phương pháp Bauer để dự tính độ lún cát 21 T T Hình 2.1: Mơ hình đàn hồi tuyến tính 23 T T Hình 2.2: Mơ hình đàn hồi phi tuyến 25 T T Hình 2.3: Đường cong quan hệ lg E t ~ lg σ3 25 T T Hình 2.4: Mơ hình ngun lí Kelvin - Voigt 29 T T Hình 2.5: Các dạng ổn định tường chắn 30 T T Hình 2.6: Một số hình ảnh thi cơng tường cừ Barrette 48 T T Hình 2.7: Một số hình ảnh thi cơng tường cừ ván thép loại máy rung T khác 49 Hình 2.8: Một số hình ảnh tường cừ ván thép cơng trình ngầm Việt Nam 50 Hình 2.9: Một số hình ảnh thi cơng cột xi măng đất 53 Hình 2.10: Làm tường dẫn hướng (bước 1) 55 T Hình 2.11: Quá trình đào đất sâu xuống theo tường dẫn hướng (bước 2) 56 T Hình 2.12: Lắp đặt lồng cốt thép gia cường (bước 3) 56 T Hình 2.13: Đổ bê tơng (bước 4) 56 T Hình 2.14: Lặp lại trình từ tới hoàn tất (bước 5) 57 T Hình 2.15: Dòng ngầm chảy qua chỗ tường bị nứt 58 T T Hình 2.16: Dòng ngầm chảy dọc theo bề mặt tường chắn 59 Hình 2.17: Dòng ngầm chảy từ đời chứa nước 59 Hình 2.18: Dòng ngầm chảy chân tường 59 Hình 2.19: Hạ mực nước hố móng làm cho đất xung quanh hố móng lún khơng 60 Hình 3.1: Bản đồ vị trí cơng viên Lê Văn Tám, Tp Hồ Chí Minh 63 T T Hình 3.2: Phối cảnh tổng thể cơng trình 63 T T Hình 3.3: Mặt tổng thể cơng trình 64 T T Hình 3.4: Trụ địa chất 65 T T Hình 3.5: Sơ đồ tính cho mặt cắt Bắc-Nam khu vực rạp phim 70 T T Hình 3.6: Sơ đồ lưới phần tử hữu hạn cho mặt cắt Bắc-Nam khu vực T rạp phim 70 T Hình 3.7: Sơ đồ tính cho mặt cắt Đông-Tây qua khu vực rạp phim 72 T T Hình 3.8: Sơ đồ lưới phần tử cho mặt cắt Đông-Tây qua khu vực rạp phim 72 T T Hình 3.9: Chuyển vị đứng lớn đất qua giai đoạn 74 T T Hình 3.10: Chuyển vị ngang lớn đất qua giai đoạn 75 T T Hình 3.11: Chuyển vị đứng lớn tường đất qua giai đoạn 77 Hình 3.12: Chuyển vị ngang lớn tường đất qua giai đoạn 78 T T Hình 3.13: Mơ men uốn cực đại tường đất qua giai đoạn 79 Hình 3.14: Chuyển vị đứng lớn đất qua giai đoạn 82 T T Hình 3.15: Chuyển vị ngang lớn đất qua giai đoạn 84 Hình 3.16: Chuyển vị đứng lớn tường đất qua giai đoạn 85 Hình 3.17: Chuyển vị ngang lớn tường đất qua giai đoạn 87 Hình 3.18: Mơ men uốn cực đại tường chắn qua giai đoạn 88 T T Hình 3.19: Chuyển vị đứng lớn đất qua giai đoạn T phương án 90 T Hình 3.20: Chuyển vị ngang lớn đất qua giai đoạn T phương án 91 Hình 3.21: Chuyển vị đứng lớn tường trái khu vực thương mại qua T T giai đoạn phương án 92 Hình 3.22: Chuyển vị đứng lớn tường phải khu vực bãi xe qua T T giai đoạn phương án 93 Hình 3.23: Chuyển vị ngang lớn tường trái khu vực thương mại qua T giai đoạn phương án 94 T Hình 3.24: Chuyển vị ngang lớn tường phải khu vực bãi xe qua T giai đoạn phương án 94 T Hình 3.25: Mơ men uốn cực đại tường đất khu vực thương mại qua giai đoạn phương án 95 Hình 3.26: Mơ men uốn cực đại tường đất khu vực bãi xe qua T giai đoạn phương án 95 T 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ môn Địa kỹ thuật trường ĐH Thủy lợi (2010), Giáo trình Địa kỹ thuật Bộ môn Địa kỹ thuật trường ĐH Thủy lợi (2003), Sổ tay kỹ thuật thủy lợi sử dụng phần mềm Plaxis Bộ môn Địa kỹ thuật trường ĐH Thủy lợi (2001), Mơ hình hóa Địa kỹ thuật Cao Văn Chí, Trịnh Văn Cương (2003), Cơ học đất, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội Nguyễn Bá Kế (2009), Thiết kế thi công hố móng sâu, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội Nguyễn Bá Kế (2006), Xây dựng cơng trình ngầm thị theo phương pháp đào mở, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội Phạm Ngọc Khánh (1998), Phương pháp phần tử hữu hạn, Trường ĐH Thủy lợi, Hà Nội Nguyễn Văn Quảng (2009), Nền móng tầng hầm nhà cao tầng, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội Trường ĐH Kiến trúc Hà Nội (1999), Công nghệ thi cơng tường chắn, neo đất, móng cọc PHỤ LỤC Hình PL.1: Phá hoại đất giai đoạn (mặt cắt Bắc-Nam) Chart Sum-Msf 3.5 Curve 2.5 1.5 1 |U| [m] Hình PL.2: Hệ số ổn định cuối giai đoạn Hình PL.3: Chuyển vị tổng đất giai đoạn (mặt cắt Bắc-Nam) Hình PL.4: Chuyển vị tổng đất giai đoạn (mặt cắt Bắc-Nam) Hình PL.5: Sự phân bố chuyển vị đứng dọc theo chiều dài cọc số khu vực thương mại giai đoạn (mặt cắt Bắc-Nam) Hình PL.6: Biểu đồ lực dọc cọc số khu vực thương mại giai đoạn (mặt cắt Bắc-Nam) Hình PL.7: Sự phân bố chuyển vị đứng dọc theo tường chắn khu vực bãi xe giai đoạn (mặt cắt Bắc-Nam) Hình PL.8: Sự phân bố chuyển vị ngang dọc theo tường chắn khu vực thương mại giai đoạn (mặt cắt Bắc-Nam) Hình PL.9: Sự phân bố chuyển vị ngang dọc theo tường chắn khu vực bãi xe giai đoạn (mặt cắt Bắc-Nam) Hình PL.10: Sự phân bố chuyển vị ngang dọc theo cọc số khu vực thương mại giai đoạn (mặt cắt Bắc-Nam) Hình PL.11: Chuyển vị tổng đất giai đoạn (mặt cắt Đơng-Tây) Hình PL.12: Chuyển vị tổng đất giai đoạn (mặt cắt Đơng-Tây) Hình PL.13: Sự phá hoại đất giai đoạn (mặt cắt Đông-Tây) Chart Sum-Msf Curve 0.5 1.5 2.5 |U| [m] Hình PL.14: Hệ số ổn định cuối giai đoạn Hình PL.15: Sự phân bố chuyển vị ngang dọc theo tường trái giai đoạn (mặt cắt Đông-Tây) Hình PL.16: Sự phân bố chuyển vị ngang dọc theo tường phải giai đoạn (mặt cắt Đơng-Tây) Hình PL.17: Sự phân bố chuyển vị đứng dọc theo chiều dài cọc số tính từ trái sang giai đoạn (mặt cắt Đơng-Tây) Hình PL.18: Biểu đồ lực dọc cọc số tính từ trái sang giai đoạn (mặt cắt Đơng-Tây) Hình PL.19: Sự phân bố chuyển vị ngang dọc theo chiều dài cọc số tính từ trái sang giai đoạn (mặt cắt Đơng-Tây) Hình PL.20: Sơ đồ lưới phần tử hữu hạn (phương án – DW25m) Hình PL.21: Sơ đồ lưới phần tử hữu hạn (phương án – DW30m) Hình PL.22: Sơ đồ lưới phần tử hữu hạn (phương án – DW35m) Hình PL.23: Sơ đồ lưới phần tử hữu hạn (phương án – DW39m) Hình PL.24: Phá hoại đất giai đoạn (phương án – DW25m) Hình PL.25: Phá hoại đất giai đoạn (phương án – DW30m) Hình PL.26: Phá hoại đất giai đoạn (phương án – DW35m) Hình PL.27: Phá hoại đất giai đoạn (phương án – DW39m) ... trình ngầm, hố đào sâu • Các giải pháp gia cố ổn định cơng trình ngầm, hố đào sâu • Mơ tính tốn thay đổi ứng suất, biến dạng đất xung quanh hố đào sâu, cơng trình ngầm; ổn định cơng trình ngầm. .. ngầm cho cơng trình thực tế Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam 3 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu • Phương pháp tổng quan kết nghiên cứu • Phương pháp nghiên cứu lý thuyết • Phương pháp mơ toán... đất xung quanh cơng trình ngầm, hố đào sâu, biến dạng mặt đất công trình lân cận hố đào Nghiên cứu đề xuất giải pháp thi công, giải pháp chống đỡ để không gây ổn định cho cơng trình xung quanh,