1

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MÔ HÌNH NỀN ĐẾN DỰ BÁO
CHUYỂN VỊ VÀ BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH HỐ ĐÀO SÂU ỔN
ĐỊNH BẰNGTƯỜNG CHẮN
STUDY ON THE EFFECTS OF SOIL CONSTITUTIVE MODEL ON THE PREDICTIONS OF
EXCAVATION INDUCED GROUND MOVEMENTS AND LATERAL WALL DEFLECTIONS
ThS. Ngô Đức Trung, PGS.TS. Võ Phán
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM
TÓM TẮT
Bài báo này phân tích ảnh hưởng của mô hình nền đến dự báo chuyển vị của tường và
biến dạng của đất nền một công trình hố đào sâu ở Thành phố Hồ Chí Minh thông qua việc
so sánh kết quả dự báo từ mô hình Mohr – Coulomb (MC) và mô hình Hardening Soi (HS)
với các dữ liệu quan trắc để xác định liệu phân tích phần tữ hữu hạn tuyến tính đơn giản là
đủ cho thiết kế an toàn hay phân tích số phi tuyến phức tạp cung cấp một giải pháp mang lại
nhiều hiệu quả hơn. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của mô đun dỡ tải và gia tải (
ref
ur
E
) trong mô
hình HS đến chuyển vị của tường được thực hiện dựa trên kết quả phân tích tham số và so
sánh với số liệu quan trắc.
ABSTRACT
The purpose of this study is to analyse the effects of soil constitutive model on the
predictions of excavation. Parametric studies have been carried out to investigate the effect
of soil stiffness parameters (
ref
ur
E
) of HS model on the lateral wall deflection, based on the
results of parametric studies and comparison with measured field data. The effects of soil

Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong việc xác định chuyển vị của tường chắn, biến dạng bề mặt
của đất nền và nội lực của hệ thanh chống trong q trình thi cơng đào đất.
2. Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng phần mềm từ phương pháp Phần tử hữu hạn với hai mơ hình HS và MC để tính tốn,
kết hợp so sánh với số liệu quan trắc thực tế ở hiện trường [4], [5].
Xác định các thơng số đầu vào cho mơ hình
 Với cả 2 mơ hình, các chỉ tiêu cơ lý chủ yếu của đất (c’, φ’, γ
wet
, γ
dry
, k
x
, k
y
) lấy từ Hồ sơ khảo sát
địa chất [3].
 Xác định các module biến dạng:

,
ref ref
oed ur
E E
: tính từ kết quả thí ngiệm nén cố kết.

50
ref
E
: tính từ kết quả thí nghiệm nén 3 trục với sơ đồ CD. Trong nghiên cứu này, do chỉ có
kết quả thí nghiệm với sơ đồ CU, do đó module biến dạng Young
'

 Theo những giá trị trung bình đối với nhiều loại đất khác nhau thì E
ur
≈ 3E
50
và E
oed
≈ E
50
,
nhưng cả hai loại đất rất yếu và rất cứng có xu hướng cho những tỉ số
50
E
E
oed
khác. Trong
nghiên cứu này, ta lấy
50 50
; 3
ref ref ref ref
oed ur
E E E E
  để tính tốn trong mơ hình HS.
ứng suất -
1


50

1
3

kết quả thí nghiệm nén một trục
 Độ cứng phụ thuộc cấp ứng suất theo quy luật lũy thừa m: lấy theo thực nghiệm.
3. Giới thiệu cơng trình
 Dự án Nhiêu Lộc – Thị Nghè được tài trợ tài chính bởi nguồn vốn ADB, tọa lạc tại trung tâm
Thành phố Hồ Chí Minh.
 Kích thước hố đào sâu 25x54m.
 Giải pháp kết cấu được chọn là bản đáy bê tơng cốt thép và các sàn liên kết vào hệ tường vây dày
1.2m, sâu 40m, chiều dài từng modul là 6m đã được đúc trước với cơng nghệ đào rãnh nhồi bê
tơng tại chổ.
 Giải pháp thi cơng được chọn gồm có 7 tầng thanh chống cho đến độ sâu đủ để thi cơng bản đáy
trạm bơm bằng BTCT.
3 Hình 1: Mặt cắt địa chất công trình
Các giai đoạn thi công tóm tắt như Bảng 1.
Bảng 1: Các giai đoạn thi công công trình.
Giai
đoạn

Thời gian
(ngày)
Hoạt động xây dựng

56

Xây d
ự
ng tư
ờ

ế
n cao đ
ộ

-
1.0m

1 Lắp thép hình 2H350×350×10×15 ở cao độ -0.5m với tải trước 200 kN/m
3
18

H
ạ

m
ự
c nư
ớ
c ng
ầ
m và đào đ
ế
n cao đ
ộ

-
3.85 m

1
Lắp thép hình 2H400×400×10×15 ở cao độ -3.35m) với tải trước 200

ự
c nư
ớ
c ng
ầ
m

và đào đ
ế
n cao đ
ộ

-
9.35 m

1 Lắp thép hình 2H400×400×10×15 ở cao độ -8.75m với tải trước 300 kN/m
6
20

H
ạ

m
ự
c nư
ớ
c ng
ầ
m và đào đ
ế

9
1 Giải phóng lực kích tại thanh chống lớp 1 và 2
1 Tháo thanh chống tại cao trình -14m
6 Tháo thanh chống tại cao trình -10m và -8.75m
7 Thi công hệ giằng bê tông cốt thép 1 cao trình – 9.5m
10
1 Tháo thanh chống tại cao trình -6.5m
10 Thi công hệ giằng bê tông cốt thép 2 cao trình – 4.35m
11
1 Tháo thanh chống tại cao trình -3.35m và -0.5m
20 Thi công hệ giằng bê tông cốt thép trên cùng
1 Tháo thanh chống tại cao trình +1.25m
4

 Thiết bị quan trắc ở hiện trường
Tường chắn gồm 24 cọc barret liền nhau như Hình 2.
54000
P1P2
P3
P4P5
P6
P7P8P9 P24
P20P19
P18
P17P16P15P14P13P12 P21
3000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 3000
6000600060006000
P11
P10
P22P23

Bảng 2: Các thông số đất nền cho mô hình Mohr – Coulomb
Đơn vị
Lớp
cát
l
ấ
p

Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Lớp 5 Lớp 6 Lớp 7
Mô
hình
MC MC MC MC MC MC MC MC
Ứng
xử

Drained
Undraine
d
Drained
Undraine
d
Drained Drained
Undraine
d
Drained
γ
unsat
kN/m
3
19.5 15.0 16.27 16.67 16.46 16.48 16.29 16.51

ref
oed
E

kPa 2x10
4
3296 6567 1.25x10
4
2.75x10
4
3.75x10
4
5.12x10
4
7.88x10
4

Bảng 3: Các thông số đất nền cho mô hình Hardening Soil
Ký
hiệu
Đơn vị
Lớp
cát
lấp
Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Lớp 5 Lớp 6 Lớp 7
Mô
hình
- HS HS HS HS HS HS HS HS
Ứng
xử

độ 41 23 31 24 35 34 24 37


- 11 - 1 - 5 4 - 7


- 0.25 0.35 0.25 0.35 0.3 0.25 0.35 0.25
50
ref
E

kPa 2x10
4
3296 6567 1.25x10
4
2.75x10
4
3.75x10
4
5.12x10
4
7.88x10
4

ref
oed
E
kPa 2x10
4
3296

m - 0.5 1 0.8 0.7 0.5 0.5 0.5 0.5

Hình 5: Lưới phần tử và điều kiện biên
Lưới phần tử và điều kiện biên sử dụng trong phân tích như Hình 5.Theo Hình 5 chỉ phân tích
trên mặt cắt A-A, mặt cắt này tương đối thõa mãn điều kiện không gian biến dạng 2 chiều (2D). Giới
hạn vùng đất để phân tích PTHH với lưới phần tử là rộng 140m và sâu 67m. Nó chứa 1623 phần tử
tam giác 16 nút, kích thước lưới phần tử trung bình là 2.42m.
4. Phân tích kết quả
4.1. Phân tích ảnh hưởng của độ cứng gia tải và dỡ tải của đất nền
Việc nghiên cứu thông số được thực hiện bằng cách lặp lại các phân tích phần tử hữu hạn với
các giá trị khác nhau của các thông số cần nghiên cứu trong khi vẫn không thay đổi giá trị của các
thông số khác. Ảnh hưởng của thông số được xác định bằng cách so sánh với sự thay đổi biến dạng
của tường và đất nền tại mỗi giai đoạn thi công đào đất, khi cho các thông số tăng hay giảm theo một
mức độ cho trước.
Các Hình từ 6 đến 11 cho thấy mô đun độ cứng gia tải và dỡ tải
ref
ur
E
có ảnhhưởng không đáng
kể đến chuyển vị ngang của tường. Theo đó, giá trị
50
3
ref ref
ur
E E
được áp dụng để tính toán trong công
trình này. Giá trị này là giátrị mặc định trong PLAXIS.

Nhìn chung, khi tăng độ lớn của mô đun dỡ tải và gia tải
ref

Bảng 4: So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang lớn nhất của tường
với chuyển vị ngang lớn nhất khi quan trắc thực tế với các cấp độ
ref
ur
E
.
Các giai đoạn
thi công
ref
ur
E

Số liệu quan
trắc
50
3
ref
E

50
4
ref
E

50
5
ref
E

GĐ1 13.74 13.09 12.71 11.85

toán từ mô hình MC lớn hơn từ mô hình HS từ 6.5% đến 17.15%.
Nhìn chung, hình dạng chuyển vị của tường khi phân tích bằng 2 mô hình MC và HS tương
đối giống với chuyển vị thực tế của tường. Tuy nhiên, từ kết quả đã chỉ ra, ta nhận thấy tại chân
tường chắn, khi phân tích bằng mô hình HS kết quả chuyển vị ngang gần như giống chuyển vị ngang
thực tế của tường. Còn kết quả chuyển vị ngang khi phân tích bằng mô hình MC từ giai đoạn thi
công thứ 2 (tức là thời điểm tường không còn làm việc như một console nữa) có sự khác biệt đáng
kể, chuyển vị ngang lớn nhất tại đây xuất hiện ở GĐ 8, khi kết thúc hố đào là 11.44mm, so với
chuyển vị ngang khi tính tóan bằng mô hình HS là 1.81 mm và so với chuyển vị ngang thực tế đo
được là 0.45mm.

8

Bảng 4: So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang lớn nhất từ 2
mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil
Giai đoạn thi
công
Mohr –
Coulomb
(mm)
Hardening
Soil
(mm)
Quan trắc
(mm)
Chênh lệch
giữa HS và MC
mm %
GĐ1 15.52 13.74 11.85 1.78 11.47
GĐ2 18.48 15.31 12.57 3.17 17.15
GĐ3 27.31 25.53 22.4 1.78 6.50

ờ
ng
ở

giai đo
ạ
n thi công th
ứ

tám

9

Bảng 5: So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang lớn nhất từ 2 mô hình Mohr – Coulomb và
Hardening Soil với kết quả quan trắc.
Giai đoạn thi
công
Mohr –
Coulomb
(mm)
Hardening
Soil
(mm)
Quan trắc
(mm)
Chênh lệch
giữa MC và HS
với thực tế (%)
MC HS
GĐ1 15.52 13.74 11.85 23.65 13.76

10

Giai đoạn
thi công
Độ lún bề mặt lớn nhất, S
v
(mm)
Mô hình HS
50
( 3 )
ref ref
ur
E E

Mô hình HS
50
( 4 )
ref ref
ur
E E

Mô hình HS
50
( 5 )
ref ref
ur
E E

Mô hình MC
GĐ8 79.22 (2.5) 76.76 (2.5) 75.51 (2.5) 67.68 (2.5)

ur
E như mô hình HS sẽ ưu việt hơn
môhình MC trong mô phỏng công trình hố đào sâu.

Kết quả tính toán độ trồi hố móng tại đáy hố đào ở giai đoạn đào đất cuối cùng với cảhai mô
hình MC và HS được tóm tắt ở Bảng 7. Độ trồi đáy hố móng khi tính toán bằng mô hình hardening
soilvới
50
3
ref ref
ur
E E
sẽ cho kết quả nhỏ hơn khoảng 38.53%, một giá trị tương đốichênh lệch.

Kết quả thể hiện rõ khi phân tích biến dạng bề mặt của đất nền, việc sử dụng mô hình đàn hồi
dẻo lý tưởng MC sẽ cho kết quả không thật sự chính xác.
Bảng 7: So sánh kết quả tính toán độ trồi hố móng lớn nhất của đất nền bằng hai mô hình Mohr –
Coulomb và Hardening Soil ở giai đoạn thi công thứ tám (GĐ8).
Giai đoạn thi
công
Độ trồi hố móng lớn nhất, H
v
(mm)
Mô hình HS
50
( 3 )
ref ref
ur
E E

Hình 18: So sánh kết quả tính toán nội
lực trong hệ chống thứ 3 bằng 2 mô hình
Hardening Soil, Mohr – Coulomb, với
kết quả quan trắc.
Hình 19: So sánh kết quả tính toán nội
lực trong hệ chống thứ 4 bằng 2 mô hình
Hardening Soil, Mohr – Coulomb, với
kết quả quan trắc. Hình 20: So sánh kết quả tính toán nội lực
trong hệ chống thứ 5 bằng 2 mô hình
Hardening Soil, Mohr – Coulomb, với kết
quả quan trắc.

Hình 21: So sánh kết quả tính toán nội lực

toán
Chênh lệch với
quan trắc

GĐ5
506.58
194.84%
426.28
163.95% 260
GĐ6
509.44
203.77%
422.77
169.11% 250
GĐ7

490.37
204.32%
402.63
167.76% 240
5. Kết luận
(1) Ảnh hưởng của độ cứng gia tải và dỡ tải của đất nền tác động đáng kể đến độ lớn và phân bố
độ trồi hố móng hơn là đến chuyển vị ngang của tường và độ lún bề mặt của đất nền. Cả hai
giá trị độ lớn và phân bố của chuyển vị ngang và độ lún bề mặt không nhạy với độ cứng gia
tải và dỡ tải của đất nền.
(2) Chuyển vị ngang lớn nhất khi tính toán bằng mô hình Mohr – Coulomb và Hardening Soil
lớn hơn quan trắc thực tế lần lượt là 15.97% ÷31.98% và 9.37% ÷ 17.9% . Chuyển vị ngang
lớn nhất của tường khi tính toán với mô hình Mohr – Coulomb lớn hơn mô hình Hardening
Soil 6.5% ÷ 17.15%. Như vậy, sử dụng FEM với mô hình Hardening Soil cho kết quả chuyển
vị ngang của tường phù hợp với thực tế làm việc của tường hơn mô hình Mohr – Coulomb.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Châu Ngọc Ẩn (2009), Cơ học đất, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp. HCM.
[2] Nguyễn Bá Kế (2009), Thiết kế và thi công hố móng sâu, Nhà xuất bản xây dựng.
[3] Hội Địa chất Việt Nam – Liên hiệp Khoa học, Địa chất, Nền móng, Vật liệu xây dựng, Kết quả khảo sát địa
chất công trình Trạm Bơm lưu vực Nhiêu Lộc Thị Nghè, 2003.
[4] Huyndai Mobis JV, Kết quả quan trắc chuyển vị -Sequential displacement data – HCMC Package #8 Pump
Station, 2004-2005-2006
[5] Huyndai Mobis JV, Kết quả đo đạc nội lực trong thanh chống - VW strain gauge record sheet – HCMC
Package #8 Pump Station, 2004-2005-2006
[6] Brinkgreve R. B. J. & Broere W. (2004), Plaxis Manual, Version 8.
[7] Duncan, J. M., and Chang, C. Y. (1970), Nonlinear analysis of stress and strain in soils, Journal of the Soil
Mechanics and Foundations Division, ASCE, 96(SM5), 1629-1653.