Tài liệu Phân tích chuyển vị của tường vây trong phương pháp thi công top down dựa vào độ cứng sàn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM VINH PHÁT PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ CỦA TƯỜNG VÂY TRONG PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG TOP - DOWN DỰA VÀO ĐỘ CỨNG SÀN CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG MÃ SỐ: 60.58.02.11 LUÂN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, Tháng 01 năm 2018 Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Lê Trọng Nghĩa Cán bộ chấm nhận xét 1 : GS.TSKH Nguyễn Văn Thơ Cán bộ chấm nhận xét 2 : PGS.TS. Bùi Trường Sơn Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM Ngày 10 tháng 01 năm 2018 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. PGS.TS. Nguyễn Minh Tâm 2. GS.TSKH Nguyễn Văn Thơ 3. PGS.TS. Bùi Trường Sơn 4. PGS.TS. Tô Văn Lận 5. PGS.TS. Nguyễn Thành Đạt Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TS. Nguyễn Minh Tâm TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG PGS.TS. Nguyễn Minh Tâm ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ------------------------------ ------------------------------ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: PHẠM VINH PHÁT ........................................ MSHV: 1570050 Ngày tháng năm sinh: 01/09/1992 ................................................. Nơi sinh: ĐỒNG THÁP Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng ...................................... Mã số: 60.58.02.11 Khóa (năm trúng tuyển): 2015 I. TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY TRONG PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG TOP - DOWN DỰA VÀ ĐỘ CỨNG SÀN II. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN 1. Thu thập các nghiên cứu liên quan, phân tích và hệ thống các nghiên cứu đó. 2. Trình bày cơ sở lý thuyết của hệ thanh chống và ảnh hưởng của hệ thống lỗ mở sàn đến chuyển vị tường vây trong quá trình thi công tầng hầm. 3. Ứng dụng phân tích một công trình thực tế ở Việt Nam. 4. Nhận xét và phân tích các kết quả đạt được. 5. Các kết luận và kiến nghị khoa học. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/07/2017 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03/12/2017 V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. LÊ TRỌNG NGHĨA Tp. HCM, ngày tháng CÁN BỘ HƯỚNG DẪN năm 2018 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TS. LÊ TRỌNG NGHĨA PGS.TS LÊ BÁ VINH TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG PGS.TS. NGUYỄN MINH TÂM LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể quý Thầy cô trong Bộ môn Địa Cơ Nền Móng – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy và truyền đạt những bài học, những kinh nghiệm chuyên ngành quý giá, giúp tác giả có đầy đủ nền tảng kiến thức để thực hiện đề tài nghiên cứu này. Tiếp theo, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành và lòng biết ơn sâu sắc đến TS Lê Trọng Nghĩa, thầy đã truyền đạt kiến thức, hướng dẫn tận tâm, định hướng cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu. Đồng thời, tác giả cũng xin gửi đến ThS Bùi Văn Chúng lòng biết ơn sâu sắc vì những nhận xét và góp ý thật sự bổ ích của thầy để tác giả hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu này. Sau cùng, tác giả xin gửi lời biết ơn chân thành, sâu sắc đến gia đình và bạn bè, đồng nghiệp về sự quan tâm, giúp đỡ, động viên, ủng hộ tác giả trong suốt chặn đường thực hiện đề tài nghiên cứu này. Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2017 Học viên Phạm Vinh Phát TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn tốt nghiệp nghiên cứu ảnh hưởng chuyển vị của tường vây phụ thuộc vào độ cứng của hệ kết cấu chống đỡ, trên cơ sở phân tích một công trình thực tế tại thành phố Hồ Chí Minh. Công trình phân tích có tổng 4 tầng hầm được thi công bằng phương pháp thi công Top – Down, chiều sâu đào đất lớn nhất là -26.55m thi công hố pít thang máy. Công trình sử dụng kết cấu tường vây có chiều dày 600mm, chuyển vị lớn nhất của tường vây là 31.2mm (trong giai đoạn thi công hố pít, dựa vào kết quả quan trắc thực tế). Trong luận này tác giả mô phỏng quá trình thi công tầng hầm bằng phần mềm Plaxis 2D Foundation kết hợp với Etabs V16, và mô phỏng bằng Plaxis 3D Foundation và tiến hành so sánh kết quả chuyển vị so với thực tế quan trắc. Kết quả phăn tích bằng Plaxis 2D Foundation cho hình dạng biểu đồ thì giống với quan trắc thực tế, nhưng cho giá trị lớn hơn. Trong khi đó kết quả kết quả thu được từ Plaxis 3D Foundation cho kết quả rất giống với quan trắc thực tế, điều này chứng tỏ mô phỏng bằng Plaxis 3D Foundation thu được kết quả chính xác và đáng tin cậy hơn. Ngoài ra dựa vào mô phỏng Plaxis 3D Foundation tác giả còn tiến hành so sánh chuyển vị trong các khu vực khác nhau trên mặt bằng thi công tường vây, từ đó rút ra kết quả chuyển vị tường vây và độ cứng sàn (độ cứng sàn phụ thuộc vào chiều dày sàn, cách bố trí lỗ mở, hệ kết dầm và Kingpost). ABSTRACT The graduation thesis examines the effect of displacement of the diaphragm wall on the hardness of the supporting structure, based on the analysis of an actual structure in Ho Chi Minh City. The analysis has a total of 4 basements are constructed by TopDown construction method, the largest digging depth is -26.55m construction elevator pits. The structure of the diaphragm wall is 600mm thick, the largest displacement of the diaphragm wall is 31.2mm (during the construction of the pits, based on the actual observation results). In this essay, the author simulates the basement construction using the Plaxis 2D Foundation software in combination with the Etabs V16, and simulates the Plaxis 3D Foundation and compares the displacement results with the actual observations. Plaxis 2D Foundation's plaque results for the chart shape is similar to the actual observation, but for greater value. While results obtained from the Plaxis 3D Foundation yielded results that are very similar to actual observations, this proves that Plaxis 3D Foundation's simulation results are more accurate and reliable. In addition, based on the Plaxis 3D Foundation simulation, the author also conducted transposition comparisons in different areas of the diaphragm wall construction, resulting in the removal of the diaphragm wall and the hardness of the floor (floor hardness depending on the floor thickness, the openings, openings, and the Kingpost). LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn này là đề tài nghiên cứu thực sự của tác giả, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Lê Trọng Nghĩa. Tất cả số liệu, kết quả tính toán, phân tích trong luận văn là hoàn toàn trung thực. Tôi cam đoan chịu trách nhiệm về sản phẩm nghiên cứu của mình. Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2017 Học viên PHẠM VINH PHÁT 1 MỤC LỤC CHƯƠNG : MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 7 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ................................................................................ 7 2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ....................................................................................... 7 3 Ý NGHĨA VÀ GIÁ TRỊ THỰC TIỄN .......................................................................... 7 4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................................. 8 4.1 Nghiên cứu lý thuyết ......................................................................................... 8 4.2 Mô phỏng bằng phần tử hữu hạn ..................................................................... 8 5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ...................................................................................... 8 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU........................................................ 9 1.1 GIỚI THIỆU ............................................................................................................ 9 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI ........................................................... 9 1.2.1 Nghiên cứu của tác giả Gordon Tung-Chin Kung: Comparision of excavation – include wall deflection using Top Down and Bottom Up construction methods in Taipei silty clay [1]……………….. ........................................................................................................... 9 1.2.2 Nghiên cứu của tác giả Chang Yu Ou và các công sự: Nghiên cứu công trình Taipei Enterprise National Center........................................................................................ 13 1.2.3 M.Moeinil, B.Rafezy2 and W.P.Howson: Investigation Into The Floor Diaphragm Flexibility In Rectangular Reinforced Concrete Buildings And Error Formula. ..................... 17 1.3 1.3.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Ở VIỆT NAM............................................................... 18 Châu Ngọc và Lê Văn Pha: Tính toán hệ kết cấu bảo vệ hố móng sâu bằng phương pháp xét sự làm việc đồng thời giữa đất nền và kết cấu ........................................ 18 1.3.2 Nguyễn Minh Tâm, Nguyễn Bửu Anh Thư: Nghiên cứu phương pháp tính áp lực đất phù hợp với tường vây hố đào sâu ................................................................................ 21 1.4 NHẬN XÉT ............................................................................................................ 21 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...................................................................................... 22 2.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ HỆ THANH CHỐNG ĐỠ HỐ ĐÀO ................................. 22 2.2 ẢNH HƯỞNG THANH CHỐNG ĐẾN CHUYỂN VỊ TƯỜNG CHẮN ...................... 23 2.2.1 Độ cứng của hệ chống (Struts Stiffness) ........................................................ 23 2.2.2 Khoảng cách của hệ chống (Struts spacing) ................................................... 24 2 2.2.3 2.3 Kích tải trước cho hệ chống (Struts Preload) .................................................. 25 PHÂN TÍCH LỰC DỌC THANH CHỐNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐƠN GIẢN ..... 25 2.3.1 Xác định tải trọng trên hệ chống theo phương pháp áp lực đất biểu kiến ....... 25 2.3.2 Sự gia tăng tải trọng thanh chống giai đoạn thi công sàn tầng hầm ................ 27 2.4 PHÂN TÍCH MỐI QUAN HỆ BIẾN DẠNG TƯỜNG CHẮN - LÚN BỀ MẶT ............ 28 2.4.1 Dạng độ lún bề mặt của đất nền ..................................................................... 28 2.4.2 Xác định giá trị lớn nhất của độ lún bề mặt đất nền ........................................ 28 2.5 ỨNG XỬ KHÔNG GIAN QUÁ TRÌNH THI CÔNG TẦNG HẦM.............................. 29 2.6 PHÂN TÍCH BÀI TOÁN HỐ ĐÀO SÂU BẰNG PHẦN TỬ HỮU HẠN ..................... 30 2.6.1 Quan hệ thoát nước và không thoát nước ...................................................... 30 2.6.2 Mô hình tăng bền đẳng hướng Harderning Soil .............................................. 31 2.6.3 Chia lưới phần tử trong Plaxis ........................................................................ 33 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH CÔNG TRÌNH THỰC TẾ ............................................................ 35 3.1 THỰC TRẠNG CÔNG TRÌNH PHÂN TÍCH ........................................................... 35 3.1.1 Đặc điểm công trình phân tích ........................................................................ 35 3.1.2 Điều kiện địa chất công trình .......................................................................... 36 3.1.3 Trình tự thi công tầng hầm .............................................................................. 40 3.2 MÔ PHỎNG CÔNG TRÌNH ................................................................................... 56 3.2.1 Thông số bài toán ........................................................................................... 56 3.2.2 Kết quả phân tích Plaxis ................................................................................. 65 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ .................................................................................................... 81 Kết luận …………………………………………………………………………………………81 Kiến nghị …………………………………………………………………………………………82 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................................... 83 3 DANH MỤC HÌNH HÌNH 1-1 MINH HỌA THÔNG TIN CHI TIẾT CỦA 26 HỐ ĐÀO SÂU THU THẬP ................................................. 10 HÌNH 1-2: BIẾN DẠNG CỦA TƯỜNG 26 TRƯỜNG HỢP THU THẬP TRONG LỊCH SỬ.................................... 10 HÌNH 1-3 ẢNH HƯỞNG ĐỘ CỨNG CỦA SÀN ĐẾN BIẾN DẠNG CỦA TƯỜNG VÂY......................................... 11 HÌNH 1-4 ẢNH HƯỞNG ĐỘ CỨNG THANH CHỐNG ĐẾN BIẾN DẠNG TƯỜNG VÂY ...................................... 11 HÌNH 1-5 QUAN HỆ CHIỀU SÂU HỐ ĐÀO GÂY BIẾN DẠNG TƯỜNG ............................................................... 12 HÌNH 1-6 MẶT BẰNG CÔNG TRÌNH TAIPEI ENTERPRISE NATIONAL ENTERPRISE ...................................... 13 HÌNH 1-7 MẶT CẮT HỒ ĐÀO CÔNG TRÌNH TAIPEI ENTERPRISE NATIONAL ENTERPRISE .......................... 14 HÌNH 1-8 BIỆN PHÁP THI CÔNG TÒA NHÀ TAIPEI ENTERPRISE NATIONAL ENTERPRISE .......................... 15 HÌNH 1-9 MỐI QUAN HỆ GIỮA BIẾN DẠNG CỦA TƯỜNG, ĐỘ CỨNG HỆ CHỐNG ......................................... 15 HÌNH 1-10 MỐI QUAN HỆ HÌNH DẠNG TƯỜNG BIẾN DẠNG VÀ SỰ TĂNG ĐỘ CỨNG THANH CHỐNG ........ 16 HÌNH 1-11 MỐI QUAN HỆ HÌNH DẠNG TƯỜNG BIẾN DẠNG VÀ SỰ TĂNG ĐỘ CỨNG THANH CHỐNG ........ 16 HÌNH 1-12 ĐỘ VÕNG CỦA TƯỜNG THEO PHƯƠNG NGANG VÀ ĐỘ LÚN BỀ MẶT HỐ ĐÀO ......................... 17 HÌNH 1-13 MẶT BẰNG CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIÊU LỘC - THỊ NGHÈ ......................................... 18 HÌNH 1-14 MẶT CẮT CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIÊU LỘC - THỊ NGHÈ ............................................ 18 HÌNH 1-15 HỆ TƯỜNG CHẮN VÀ THANH CHỐNG HÌNH 1-16 KÍCH ĐIỀU CHỈNH CHUYỂN VỊ TƯỜNG...... 19 HÌNH 1-17 MẶT CẮT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH .................................................................................................... 19 HÌNH 2-1 LIÊN KẾT GIỮA HỆ THANH CHỐNG VÀ KINGPOST .......................................................................... 22 HÌNH 2-2 CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ CHỐNG ĐỠ HỐ ĐÀO ............................................................................. 23 HÌNH 2-3 MỐI QUAN HỆ BIẾN DẠNG TƯỜNG CHẮN VÀ HỆ THANH CHỐNG CÓ ĐỘ CỨNG LỚN ................ 23 HÌNH 2-4 MỐI QUAN HỆ BIẾN DẠNG TƯỜNG CHẮN VÀ HỆ THANH CHỐNG CÓ ĐỘ CỨNG BÉ ................... 24 HÌNH 2-5 MỐI QUAN HỆ GIỮA ÁP LỰC ĐẤT, LỰC THANH CHỐNG VÀ PHẢN LỰC ĐẤT NỀN ....................... 25 HÌNH 2-6 BIỂU ĐỒ ÁP LỰC ĐẤT BIỂU KIẾN CỦA PECK .................................................................................... 26 HÌNH 2-7 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG TRÊN HỆ THANH CHỐNG ...................................... 26 HÌNH 2-8 CÁC DẠNG ĐỘ LÚN BỀ MẶT HÌNH 2-9 CHUYỂN VỊ TƯỜNG CHẮN VÀ ĐỘ LÚN ............................. 28 HÌNH 2-10 ẢNH HƯỞNG HIỆU ỨNG VÒM TRONG THI CÔNG BÊ TÔNG TƯỜNG VÂY .................................. 29 HÌNH 2-11 CÁC VÙNG ỨNG XỬ BIẾN DẠNG PHẲNG VÀ ỨNG XỬ KHÔNG GIAN TRONG HỐ ĐÀO.............. 29 HÌNH 2-12 ĐỊNH NGHĨA MÔ ĐUN EOEDREF TRONG THÍ NGHIỆM NÉN CỐ KẾT .............................................. 32 HÌNH 2-13 MẶT DẺO MẶT PHẲNG P – Q HÌNH 2-14 MẶT DẺO KHÔNG GIAN ................................. 32 HÌNH 2-15 ĐƯỜNG CONG BIẾN DẠNG CÓ KỂ ĐẾN SỰ KẾT THÚC GIÃN NỞ ................................................ 32 HÌNH 2-16 LƯỚI PHẦN TỬ HỮU HẠN DÙNG TRONG PHÂN TÍCH HỐ ĐÀO SÂU ............................................ 34 HÌNH 2-17 ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN BỀ MẶT ĐẤT NỀN THEO PHƯƠNG PHÁP PECK (1969) ........................... 34 4 HÌNH 3-1 MẶT BẰNG BỐ TRÍ HỆ THANH CHỐNG .............................................................................................. 35 HÌNH 3-2 MẶT BẰNG CẮT TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG ............................................................................... 35 HÌNH 3-3 BIỂU ĐỒ SPT THEO ĐỘ SÂU ............................................................................................................... 37 HÌNH 3-4 BIỂU ĐỒ MẶT CẮT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH ...................................................................................... 38 HÌNH 3-5 MẶT CẮT ĐỊA CHẤT HK2 ...................................................................................................................... 39 HÌNH 3-6 MẶT BẰNG THI CÔNG TƯỜNG VÂY VÀ KINGPOST .......................................................................... 40 HÌNH 3-7 MẶT CẮT THI CÔNG TƯỜNG VÂY VÀ KINGPOST ............................................................................. 40 HÌNH 3-8 MẶT BẰNG ĐÀO ĐẤT XUỐNG CAO ĐỘ -2.9M .................................................................................... 41 HÌNH 3-9 MẶT CẮT ĐÀO ĐẤT XUỐNG CAO ĐỘ -2.9M ....................................................................................... 41 HÌNH 3-10 MẶT BẰNG THI CÔNG SÀN L1 CAO ĐỘ -0.2M ................................................................................. 42 HÌNH 3-11 MẶT CẮT THI CÔNG SÀN L1 CAO ĐỘ -0.2M .................................................................................... 42 HÌNH 3-12 MẶT BẰNG ĐÀO ĐẤT XUỐNG CAO ĐỘ -5.3M .................................................................................. 43 HÌNH 3-13 MẶT CẮT ĐÀO ĐẤT XUỐNG CAO ĐỘ -5.3M ..................................................................................... 43 HÌNH 3-14 MẶT BẰNG THI CÔNG SÀN B1 CAO ĐỘ -5.0M ................................................................................. 44 HÌNH 3-15 MẶT CẮT THI CÔNG SÀN B1 CAO ĐỘ -5.0M .................................................................................... 44 HÌNH 3-16 MẶT BẰNG ĐÀO ĐẤT XUỐNG CAO ĐỘ -9.3M .................................................................................. 45 HÌNH 3-17 MẶT CẮT ĐÀO ĐẤT XUỐNG CAO ĐỘ -9.3M ..................................................................................... 45 HÌNH 3-18 MẶT BẰNG THI CÔNG SÀN B2 CAO ĐỘ -9.0M ................................................................................. 46 HÌNH 3-19 MẶT CẮT THI CÔNG SÀN B2 CAO ĐỘ -9.0M .................................................................................... 46 HÌNH 3-20 MẶT BẰNG ĐÀO ĐẤT XUỐNG CAO ĐỘ -12.7M ................................................................................ 47 HÌNH 3-21 MẶT CẮT ĐÀO ĐẤT XUỐNG CAO ĐỘ -12.7M ................................................................................... 47 HÌNH 3-22 MẶT BẰNG THI CÔNG SÀN B3 CAO ĐỘ -12.4M ............................................................................... 48 HÌNH 3-23 MẶT CẮT THI CÔNG SÀN B3 CAO ĐỘ -12.4M .................................................................................. 48 HÌNH 3-24 MẶT BẰNG ĐÀO ĐẤT XUỐNG CAO ĐỘ -16.25M .............................................................................. 49 HÌNH 3-25 MẶT CẮT ĐÀO ĐẤT XUỐNG CAO ĐỘ -16.25M ................................................................................. 49 HÌNH 3-26 MẶT BẰNG THI CÔNG SÀN B4 CAO ĐỘ -15.8M ............................................................................... 50 HÌNH 3-27 MẶT CẮT THI CÔNG SÀN B4 CAO ĐỘ -15.8M .................................................................................. 50 HÌNH 3-28 MẶT BẰNG ĐÀO ĐẤT XUỐNG CAO ĐỘ -21.75M .............................................................................. 51 HÌNH 3-29 MẶT CẮT ĐÀO ĐẤT XUỐNG CAO ĐỘ -21.75M ................................................................................. 51 HÌNH 3-30 MẶT BẰNG THI CÔNG HỐ PÍT CAO ĐỘ -21.55M .............................................................................. 52 HÌNH 3-31 QUAN TRẮC CHUYỂN VỊ TRONG TỪNG GIAI ĐOẠN THI CÔNG .................................................... 55 HÌNH 3-32 HỆ TRỤC TỌA ĐỘ CỦA PHẦN TỬ DẦM ............................................................................................ 56 HÌNH 3-33 CÁCH XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ PHÁ HOẠI QUY ƯỚC TỪ THÍ NGHIỆM CD .................................... 59 HÌNH 3-34 CÁCH XÁC ĐỊNH E50REF , EURREF THÍ NGHIỆM CD ............................................................................ 59 5 HÌNH 3-35 CÁCH XÁC ĐỊNH EOED THÍ NGHIỆM NÉN 1 TRỤC KHÔNG NỞ HÔNG ........................................... 59 HÌNH 3-36 KHÔNG GIAN ỨNG SUẤT THÍ NGHIỆM CD – MẪU UD1-2 ............................................................... 60 HÌNH 3-37 BIẾN DẠNG - ỨNG SUẤT LỆCH THÍ NGHIỆM CD – MẪU UD1-2 ..................................................... 60 HÌNH 3-38 XÁC ĐỊNH E50REF TỪ THÍ NGHIỆM CD – MẪU UD1-2 ....................................................................... 60 HÌNH 3-39: QUAN HỆ ỨNG SUẤT – HỆ SỐ RỖNG THÍ NGHIỆM NÉN 1 TRỤC - MẪU UD1-28 ........................ 61 HÌNH 3-40 QUAN HỆ HỆ SỐ THẤM K – HỆ SỐ RỖNG THÍ NGHIỆM NÉN 1 TRỤC - MẪU UD1-28 .................. 61 HÌNH 3-41 XÁC ĐỊNH EOED TỪ THÍ NGHIỆM NÉN 1 TRỤC - MẪU UD1-28 ........................................................ 62 HÌNH 3-42 ĐỊNH NGHĨA HỆ SỐ POISSION  ....................................................................................................... 62 HÌNH 3-43: ĐỊNH NGHĨA GÓC  THEO PLAXIS .................................................................................................. 63 HÌNH 3-44: BIỂU ĐỒ QUAN HỆ 1 - V TRONG THÍ NGHIỆM CD – MẪU UD2-27 .............................................. 63 HÌNH 3-45 MÔ PHỎNG ETABS SÀN L1 ............................................................................................................... 65 HÌNH 3-46 KẾT QUẢ CHUYỂN VỊ TRONG SÀN L1.............................................................................................. 65 HÌNH 3-47 MÔ PHỎNG ETABS SÀN B1 ............................................................................................................... 66 HÌNH 3-48 KẾT QUẢ CHUYỂN VỊ TRONG SÀN TẦNG B1 .................................................................................. 66 HÌNH 3-49 MÔ PHỎNG ETABS SÀN B2 ............................................................................................................... 67 HÌNH 3-50 KẾT QUẢ CHUYỂN VỊ TRONG SÀN TẦNG B2 .................................................................................. 67 HÌNH 3-51 MÔ PHỎNG ETABS SÀN B3 ............................................................................................................... 68 HÌNH 3-52 KẾT QUẢ CHUYỂN VỊ TRONG SÀN TẦNG B3 .................................................................................. 68 HÌNH 3-53 VỊ TRÍ MẶT CẮT NGANG A – A THEO PHƯƠNG ĐỨNG .................................................................. 69 HÌNH 3-54 MÔ PHỎNG PLAXIS 2D MẶT CẮT NGANG A - A .............................................................................. 69 HÌNH 3-55 MESH PHẦN TỬ TRONG PLAXIS 2D................................................................................................. 70 HÌNH 3-56 KẾT QUẢ CHUYỂN VỊ THEO PHƯƠNG NGANG .............................................................................. 70 HÌNH 3-57 KẾT QUẢ CHUYỂN VỊ THEO PHƯƠNG ĐỨNG ................................................................................ 70 HÌNH 3-58 CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY TRONG GIAI ĐOẠN ĐÀO -21.55M .......................................................... 71 HÌNH 3-59 MOMENT TƯỜNG VÂY TRONG GIAI ĐOẠN ĐÀO -21.55M .............................................................. 71 HÌNH 3-60 LỰC CẮT TƯỜNG VÂY TRONG GIAI ĐOẠN ĐÀO -21.55M .............................................................. 71 HÌNH 3-61 CHUYỂN VỊ TRONG TỪNG GIAI ĐOẠN THI CÔNG – PLAXIS 2D .................................................... 72 HÌNH 3-62 MÔ PHỎNG PLAXIS 3D – SÀN L1 ...................................................................................................... 73 HÌNH 3-63 MÔ PHỎNG PLAXIS 3D – SÀN B4 ..................................................................................................... 73 HÌNH 3-64 VỊ TRÍ NGÀM KINGPOST .................................................................................................................... 73 HÌNH 3-65 MÔ PHỎNG PLAXIS 3D FOUDATION ................................................................................................ 74 HÌNH 3-66 CHUYỂN VỊ HỐ ĐÀO THEO PHƯƠNG UX – GIAI ĐOẠN ĐÀO ĐẤT -21.55M ................................... 74 HÌNH 3-67 CHUYỂN VỊ HỐ ĐÀO THEO PHƯƠNG UZ – GIAI ĐOẠN ĐÀO ĐẤT -21.55M.................................... 74 HÌNH 3-68 CHUYỂN VỊ HỐ ĐÀO THEO PHƯƠNG UY – GIAI ĐOẠN ĐÀO ĐẤT -21.55M ................................... 75 6 HÌNH 3-69 CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY THEO PHƯƠNG UY – GIAI ĐOẠN ĐÀO ĐẤT -21.55M ............................ 75 HÌNH 3-70 CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY THEO PHƯƠNG UZ – GIAI ĐOẠN ĐÀO ĐẤT -21.55M ............................ 75 HÌNH 3-71 CHUYỂN VỊ TRONG TỪNG GIAI ĐOẠN THI CÔNG – PLAXIS 3D .................................................... 76 HÌNH 3-72 CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY ĐÀO ĐẤT -21.55MM THEO CÁC TRƯỜNG HỢP PHÂN TÍCH ............... 77 HÌNH 3-73 MẶT BẰNG CHIA ZONE KHU VỰC SÀN L1 ....................................................................................... 78 HÌNH 3-74 MẶT BẰNG CHIA ZONE KHU VỰC SÀN B4....................................................................................... 78 HÌNH 3-75 CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY ĐÀO ĐẤT -21.55MM THEO MẶT BẰNG CHIA ZONE .............................. 79 DANH MỤC BẢNG BẢNG 1-1 TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT NỀN CÔNG TRÌNH ............................................................................. 19 BẢNG 1-2 CÁC GIAI ĐOẠN THI CÔNG HỐ ĐÀO ................................................................................................ 20 BẢNG 1-3 KẾT QUẢ LÝ THUYẾT VÀ ĐO THỰC TẾ LỰC DỌC TÁC DỤNG CÁC LỚP THANH CHỐNG ......... 20 BẢNG 3-1 TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT NỀN CÔNG TRÌNH ............................................................................. 36 BẢNG 3-2 TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT NỀN CÔNG TRÌNH ............................................................................. 36 BẢNG 3-3 TRÌNH TỰ THI CÔNG TẦNG HẦM ..................................................................................................... 52 BẢNG 3-4 KẾT QUẢ QUAN TRẮC CHUYỂN VỊ TƯỜNG VÂY............................................................................ 53 BẢNG 3-5 THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CỦA TƯỜNG VÂY ......................................................................................... 56 BẢNG 3-6 THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CỦA TƯỜNG VÂY ......................................................................................... 56 BẢNG 3-7 THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CỦA DẦM MŨ TƯỜNG VÂY.......................................................................... 57 BẢNG 3-8 THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CỦA HỆ KINGPOST ...................................................................................... 57 BẢNG 3-9 THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CỦA HỆ SÀN TẦNG HẦM .............................................................................. 57 BẢNG 3-10 THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CỦA MÔ HÌNH TĂNG BỀN HS .................................................................... 58 BẢNG 3-11 BẢNG TRA HỆ SỐ POISSON ........................................................................................................... 62 BẢNG 3-12 HỆ SỐ RINTER CHO CÁC BỀ MẶT TIẾP XÚC ................................................................................... 64 BẢNG 3-13 BẢNG TỔNG HỢP THÔNG SỐ MÔ HÌNH HS.................................................................................. 64 BẢNG 3-14 ĐỘ CỨNG SÀN XÁC ĐỊNH DỰA VÀO PHẦN MỀM ETABS ........................................................... 69 BẢNG 3-15 ĐẶC ĐIỂM CÁC ZONE TRÊN MẶT BẰNG ....................................................................................... 80 7 0 CHƯƠNG : MỞ ĐẦU 0.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong những năm gần đây, nhu cầu sử dụng phần không gian dưới mặt đất để xây dựng công trình ngày càng phổ biến và bức thiết, nhất là trong các thành phố lớn như thành phố Hồ Chí Minh. Các công trình xây dựng này có phần kết cấu ngầm sâu trong đất, và phải thi công trong điều kiện nhà xây chen vơi nhau. Quá trình đào đất và thi công kết cấu ngầm làm phát sinh chuyển vị tường chắn nên việc làm thế nào để hạn chế chuyển vị này có ý nghĩa hết sức quan trọng. Với điều kiện mặt bằng thi công chật hẹp và sự hiện hữu của các công trình lân cận như hiện nay, việc đảm bảo không gian thi công, điều kiện về chuyển vị của tường chắn cũng như biến dạng của đất nền là vấn đề rất phức tạp và yêu cầu cao, cần phải nghiên cứu phương án biện pháp thi công thật chi tiết để tránh những sự cố đáng tiếc có thể xảy ra trong quá trình thi công. Chính vì vậy, hệ kết cấu chống đỡ hố đào là thật sự cần thiết và có ảnh hưởng lớn đến chuyển vị tường chắn trong quá trình thi công tầng hầm. Vấn đề ứng xử của tường vây theo độ cứng của lỗ mở sàn trong phương pháp thi công Top Down, cũng như việc bố trí, kiểm tra hệ kết cấu chống đỡ theo từng giai đoạn thi công tầng hầm sao cho kinh tế và thỏa mãn các điều kiện trên là mục đích chính của đề tài này. 0.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Luận văn sẽ phân tích và so sánh kết quả tính toán lý thuyết với kết quả quan trắc thực tế trong quá trình thi công của một công trình ở thành phố Hồ Chí Minh. Bên cạnh đó, luận văn cũng phân tích những thay đổi trong việc bố trí lỗ mở sàn so với thực tế nhằm tìm ra được diện tích lỗ mở sàn hợp lý trong phương pháp thi công Top – Down. Từ đó rút ra một số kết luận quan trọng như ảnh hưởng của độ cứng sàn theo 2 phương, vị trí bố trí hệ kingpost đến chuyển vị tường vây, với hy vọng có thể ứng dụng cho các công trình khác. 0.3 Ý NGHĨA VÀ GIÁ TRỊ THỰC TIỄN Thiết lập mối quan hệ giữa độ cứng sàn đến chuyển vị ngang của tường vây, trong toàn bộ quá trình thi công phần hầm của công trình Ngoài việc đảm bảo điều kiện chuyển vị, cũng như khả năng chịu lực của tường vây. Thì vị trí cũng như diện tích của lỗ mở sàn trong phương pháp thi công Top Down cũng cần được kiểm tra cẩn thận, sao cho không ảnh hưởng đến các công trình lân cận. Đây là vấn đề rất quan trọng trong công tác thiết kế và thi công tầng hầm nhà cao tầng. Có biện pháp kiểm tra an toàn đối với hệ thống sàn có lỗ mở ở trạng thái nguy hiểm trong quá trình thi công, đảm bảo chuyển vị tường vây luôn nằm trong giới hạn cho phép 8 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 0.4 0.4.1 - Nghiên cứu lý thuyết Cơ sở lý thuyết cho việc tính toán và lựa chọn các thông số đất nền hợp lý dựa vào kết quả khảo sát địa chất. trong trường hợp không có khảo sát địa chất thì tác giả sẽ tham khảo và đối chiếu các tài liệu đáng tin cậy khác. - Cơ sở lý thuyết về ảnh hưởng độ cứng sàn đối với chuyển vị của tường vây tầng hầm trong quá trình thi công, tác giả mô phỏng bằng phần mềm sau đó tìm ra tương quan giữa độ cứng hệ chống và chuyển vị tường vây. 0.4.2 - Mô phỏng bằng phần tử hữu hạn Sử dụng chương trình Etabs 2016 v2 mô phỏng sàn tầng hầm từ đó xác định độ cứng sàn trong quá trình thi công. Kết hợp với phần mềm Plaxis 2D để tìm ra chuyển vị của tường vây. Từ đó có thể bố trí lỗ mở sàn theo từng giai đoạn thi công cho phù hợp với điều kiện thi công thực tế. - Sử dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation mô phỏng toàn bộ quá trình lắp đặt thi công toàn bộ phần hầm của dự án, tìm ra mối quan hệ giữa chuyển vị tường vây với hệ kết cấu chống đỡ, từ đó đối chiếu với kết quả phân tích bằng Plaxis 2D kết hợp với Etabs 2016 v2 để đưa ra được vị trí cũng như diện tích lỗ mở sàn, vị trí bố trí Kingpost, hệ shoring phù hợp hơn với thực tế quan trắc. 0.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu kết quả khảo sát địa chất từ đó đưa ra thông số đầu vào của hệ đất nền vào mô phỏng chương trình Plaxis, trong trường hợp không có khảo sát địa chất thì sẽ đối chiếu tương quan gần đúng từ các tài liệu đáng tin cậy khác. - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết trong việc tìm ra mô hình đất hợp lý để mô phỏng bằng Plaxis (trong luận văn này tác giả sử dụng mô hình đất Harderning Soil trong quá trình mô phỏng Plaxis). - Mô phỏng ETABS 2016 v2 để tìm ra độ cứng sàn (độ cứng sàn phụ thuộc vào: chiều dày sàn, vị trí lỗ mở, vị trí bố trí hệ kết cấu chống đỡ như kingpost, cột/vách bê tông). Mô phỏng Plaxis 2D tìm ra chuyển vị của tường vây theo độ cứng sàn một phương. - Mô phỏng Plaxis 3D tìm ra chuyển vị của tường vây có xét đến ảnh hưởng của lỗ mở, vị trí kingpost, hệ shoring…. - So sánh kết quả chuyển vị tường vây được mô phỏng bằng Plaxis 2D, Plaxis 3D so vơi kết quả quan trắc thực tế, từ đó đưa ra các kết luận quan trọng. - So sánh kết quả chuyển vị của tường vây theo từng vùng trên mặt bằng sàn dựa vào mô phỏng 3D từ đó có đánh giá được vị trí lỗ mở, cách bố trí hệ kingpost sao cho phù hợp với chuyển vị tường vây trong quá trình thi công. 9 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 GIỚI THIỆU Một trong những vấn đề cơ bản khi thi công tầng hầm nhà cao tầng là giải pháp ổn định hố đào trong quá trình thi công. Trong thực tế có nhiều phương pháp giữ thành hố đào phụ thuộc vào chiều sâu hố đào, điều kiện địa chất, mặt bằng thi công. Với những công trình có chiều sâu đào tương đối lớn, để có thể thi công tầng hầm một cách nhanh chóng và an toàn…việc lựa chon phương pháp thi công Top Down là cần thiết. Vấn đề thiết kể đảm bảo an toàn thi công đào sâu trong nền đất luôn là bài toán khó vì vậy cần phải tính toán thiết kế cơ cấu giữ ổn định tường chắn:  Phương pháp tính toán ổn định hệ giàn chống bằng thép hình  Phương pháp tính neo phụt  Tính toán kiểm tra ổn định kết cấu tường vây – sàn hầm bằng phương pháp thi công Top Down. Hệ chịu lực của nhà cao tầng được cấu tạo từ các kết cấu đứng (lõi, vách, khung chịu lực) với sự tham gia hỗ trợ của kết cấu ngang (dầm, sàn) để tạo nên một hệ thống không gian thống nhất. Trong thi công bằng phương pháp Top Down thì vấn đề lỗ mở sàn thi công cũng là một vấn đề rất đáng quan tâm để đạt được hiệu quả cao nhất về thi công, cũng như về tính toán thiết kế. Kiểm tra ổn định, và khả năng chịu lực của sàn hầm dùng để giữ ổn định lực xô ngang của tường tầng hầm bằng phần mềm tính toán kết cấu không gian (Etabs, Sap….). 1.2 1.2.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI Nghiên cứu của tác giả Gordon Tung-Chin Kung: Comparision of excavation – include wall deflection using Top Down and Bottom Up construction methods in Taipei silty clay [1] Bài báo cáo này tác giả so sánh chuyển vị của tường vây giữa 2 phương pháp thi công Top Down (TDM) và Bottom Up (BUM) thông qua 26 trương hợp hố đào trên nền đất sét pha ở Đài Bắc đã được thu thập và phân tích trong lịch sử. Các quan sát thực địa cho thấy rằng chuyển vị ngang tối đa của tường vây (hm) thi công bằng phương pháp TDM bằng 1.28 lần thi công bằng phương pháp BUM. Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị của tường vây được và 4 trong 26 trường hợp được chọn thử nghiệm tính toán để khảo sát sự khác biệt chuyển vị tường vây (hm) theo 2 phương pháp TDM và BUM. Kết quả phân tích cho thấy chuyển vị trung bình (hm) thi công bằng phương pháp TDM lớn hơn BUM 1.1 lần, khi không kể đến ảnh hưởng độ co nhiệt độ của sàn bê tông. Cả 2 dữ liệu quan trắc và kết quả phân tích cho thấy rẳng chuyển vị tường vây thi công bằng phương pháp TDM lớn hơn mặc dù sàn có độ cứng ngang tốt hơn. 10  Hs là độ sâu thanh chống hoặc sàn  Hm là chiều sâu hố đào gây biến dạng tối đa trong tường  Ho là độ sâu hố đào cho phép  L là chiều dài tường vây  H là khoảng cách giữa 2 thanh chống Hình 1-1 Minh họa thông tin chi tiết của 26 hố đào sâu thu thập Hình 1-2: Biến dạng của tường 26 trường hợp thu thập trong lịch sử 11 Dựa vào hình 1.2 ta thấy chuyển vị trung bình hm/Ho của phương pháp TDM lớn hơn phương pháp BUM không phân biệt địa chất. Độ cứng thanh chống sàn và bản sàn trong 26 trường hợp của bài báo được tính như sau: S = EA/LS Trong đó:  S là độ cứng của thanh chống hoặc sàn  E là modulus đàn hồi  A là diện tích mặt cắt ngang  S là nhịp của thanh chống hoặc sàn  L là chiều dài của thanh chống Hình 1-3 Ảnh hưởng độ cứng của sàn đến biến dạng của tường vây Hình 1-4 Ảnh hưởng độ cứng thanh chống đến biến dạng tường vây 12 Hình 1-5 Quan hệ chiều sâu hố đào gây biến dạng tường Dựa vào kết quả quan sát từ các trường hợp hố đào thu thập trong lịch sử và các thông số nghiên cứu, tác giả bái báo rút ra một số kết luận như sau:  Tường vây sử dụng làm tường chắn trong tất cả 26 trường hợp hố đào. Độ cứng trung bình của hệ chống và bản sàn tác giả thu thập được tương ứng 56767 (kN/m/m) và 161900 (kN/m/m).  Thông qua việc xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị của tường chắn hố đào, 5 yếu tố xác định là quan trọng có thể dẫn đến sự khác biệt vê chênh lệch chuyển vị của tường vây trong 2 phương pháp TDM và BUM là: Độ sâu hố đào qua từng bước đào, độ cứng của hệ chống và bản sàn, hệ chống ứng lực trước, thời gian thi công hệ chống bản sàn, độ co ngót của sàn bê tông.  Các kết quả của thông số nghiên cứu cho thấy rằng tỷ lệ chuyển vị trung bình hm khi thi công bằng phương pháp TDM bằng xấp xỉ 1.1 phương pháp BUM khi ảnh hưởng do co ngót của bản sàn bê tông được bỏ qua. So với tỷ lệ 1:2 thu được từ quan sát thực tế trong trường hơp thứ 23 của nghiên cứu này. Sự khác biệt này có thể do xét đến ảnh hưởng của độ co ngót của bê tông sàn. 13 1.2.2 Nghiên cứu của tác giả Chang Yu Ou và các công sự: Nghiên cứu công trình Taipei Enterprise National Center Công trình Taipei Enterprise National Enterprise có mặt bằng dạng hình thang với cạnh dài 60 – 105m, cạnh ngắn 43m, gồm 6 tòa nhà A, B, C, D, E, F kế cận công trình lân cận. Hình 1-6 Mặt bằng công trình Taipei Enterprise National Enterprise Việc thi công tường vây của TNEC bắt đầu vào ngày 13/8/1991 và hoàn thành vào ngày 10/11/1991. Các thiết bị chính như thiết bị đo áp lực đất, đo áp lực nước, thiết bị đo ứng suất trong cốt thép và thiết bị quan trắc nghiêng được lắp đặt chung ngay khi tường vây bắt đầu thi công, quá trình thi công tường vây diễn ra trong 89 ngày. Khi thi công tường vây hoàn thành, cọc nhồi cho móng và cột chống thép được thi công, công tác này hoàn thành vào ngày 155, ngay sau đó thiết bị đo áp lực nước và thiết bị đo phình trồi được lắp đặt vào trong hố đào, khi các thiết bị quan trắc đã lắp đặt xong, việc đào bắt đầu vào ngày 156.