BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM
---------------------------------

VŨ TÂM LỘC

PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH HỆ TƯỜNG VÂY TRONG
QUÁ TRÌNH THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU BẰNG
MÔ HÌNH PLAXIS 3D

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công 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
QUÁ TRÌNH THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU BẰNG
MÔ HÌNH PLAXIS 3D

LUẬN VĂN THẠC SĨ

PGS. TS. Võ Phán

Phản biện 1

3

PGS. TS. Dương Hồng Thẩm

Phản biện 2

4

TS. Nguyễn Hồng Ân

5

PGS. TS. Lương Văn Hải

Ủy viên
Ủy viên, Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa
chữa (nếu có).

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV


TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM
PHÒNG QLKH – ĐTSĐH


5. So sánh chuyển vị ngang giữa mô phỏng Plaxis 3D và quan trắc của công trình
tường vây thực tế.
III. Ngày giao nhiệm vụ

:17/03/2015

IV. Ngày hoàn thành nhiệm vụ

:17/09/2015

V. Cán bộ 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 trong quá trình thi
công hố đào sâu bằng mô hình Plaxis 3D” là công trình nghiên cứu của riêng tôi và
thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Trương Quang Thành. Các số liệu
trong đề tài này được thu thập và sử dụng một cách trung thực. Kết quả nghiên cứu được
trình bày trong luận văn này không sao chép của bất cứ luận văn nào
và cũng chưa được trình bày hay công bố ở bất cứ công trình nghiên cứu nào khác trước
đây.


TÓM TẮT
Tại TP. Hồ Chí Minh ngày càng nhiều công trình cao tầng được xây dựng. Thi
công tầng hầm thường dùng tường vây barrette. Dự báo đúng chuyển vị tường vây là môt
yếu tố quan trọng trong công tác thi công hố đào sâu.
Trong nội dung luận văn này chủ yếu là phân tích một số yếu tố dạng hình học của
mặt bằng hố đào đến chuyển vị ngang của tường vây. Tổng hợp các kết quả nghiên cứu
và cơ sở lý thuyết về chuyển vị ngang của tường vây trên thế giới cũng như ở Việt Nam.
Bằng cách sử dụng phần mềm Plaxis 3D mô phỏng công trình hố đào gồm tường vây
barrette, hệ kingpost và hệ dầm ngang trong cùng một điều kiện địa chất giả định giống
nhau, tương ứng với một số dạng mặt bằng hố đào sâu khác nhau. Từ kết quả phân tích
rút ra một số vấn đề về chuyển vị ngang của tường vây barrette theo dạng hình học của
hố đào có xét đến hiệu ứng không gian.
Lựa chọn một công trình cụ thể có ứng dụng tường vây barrette tại TP. Hồ Chí
Minh để so sánh chuyển vị của tường ứng với hai trường hợp: quan trắc và mô phỏng
trên phần mềm Plaxis 3D.
Luận văn này sẽ giúp cho người kỹ sư thiết kế có thêm cơ sở lý luận trong việc lựa
chọn giải pháp tường vây barrette cho công trình cao tầng có nhiều tầng hầm hiện nay.


iv

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

1.4 Các phương pháp ổn định tường vây barrette ........................................................... 7
1.5 Khảo sát một số công trình hố đào sâu trên thế giới và Việt Nam ........................... 7
1.5.1. Một số công trình trên thế giới .................................................................. 7
1.5.2. Một số công trình có thi công hố đào sâu ở Việt Nam.............................. 8
1.6 Các nhân tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu ........ 8
1.6.1. Nguồn biến dạng trong .............................................................................. 9
1.6.2. Nguồn biến dạng ngoài .......................................................................... 15
1.7 Phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu bằng phương pháp
phần tử hữu hạn ........................................................................................................ 19
1.8 Một số kết luận rút ra từ chương 1 .......................................................................... 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 trong Plaxis ................................................................................... 22
2.1.1. Mô hình vật liệu ....................................................................................... 22
2.1.2 Phân tích không thoát nước ...................................................................... 28
2.1.3. Phân tích thoát nước ................................................................................ 30
2.1.4. Phân tích kép ........................................................................................... 31


vi
2.2 Các thông số cơ bản trong mô hình Plaxis ............................................................ 31
2.2.1. Loại vật liệu đất nền (Drained, Undrained, Non-porous) ........................ 31
2.2.2. Dung trọng bão hòa và dung trọng khô ................................................... 32
2.2.3. Hệ số thấm ............................................................................................... 32
2.2.4. Thông số độ cứng của đất nền ................................................................. 33
2.2.5. Thông số sức kháng cắt của đất nền .................................................................. 35

2.3 Một số kết luận rút ra từ chương 2 ......................................................................... 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

Bảng 2.3 : Các giá trị điển hình của mô đun E .............................................................. 34
Bảng 2.4 : Các giá trị điển hình của hệ số Poisson ........................................................ 35
Bảng 2.5 : Góc ma sát trong của cát theo chỉ số NSPT ................................................... 35
Bảng 2.6 : Các giá trị điển hình của  ' , c' và cu ........................................................... 36
Bảng 3.1 : Thông số tường vây...................................................................................... 38
Bảng 3.2 : Thông số đầu vào đất trong mô hình phân tích ............................................ 39
Bảng 3.3 : Thông số đầu vào của kingpost .................................................................... 40
Bảng 3.4 : Thông số đầu vào của dầm mũ tường vây ................................................... 40
Bảng 3.5 : Thông số đầu vào của hệ thanh chống ......................................................... 41
Bảng 3.6 : Kết quả chuyển vị của tường vây - bài toán 1.............................................. 46
Bảng 3.7 : Kết quả chuyển vị của tường vây - bài toán 2.............................................. 50
Bảng 3.8 : Kết quả chuyển vị của tường vây - bài toán 3.............................................. 54
Bảng 3.9 : Kết quả chuyển vị của tường vây - bài toán 4.............................................. 58
Bảng 4.1 : Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất ....................................................................... 66
Bảng 4.2 : Trình tự thi công........................................................................................... 69
Bảng 4.3 : Thông số vật liệu tường barrete ................................................................... 69
Bảng 4.4 : Thông số vật liệu hệ giằng chống ................................................................ 72
Bảng 4.5 : Kết quả chuyển vị tường vây ....................................................................... 77
Bảng 4.5 : Kết quả chuyển vị tường vây (tt) ................................................................. 78


viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1a : Đào thẳng đứng ............................................................................................ 3
Hình 1.1b : Đào có dốc ................................................................................................... 3
Hình 1.2 : Tường bằng cọc xi măng trộn đất ................................................................ 5
Hình 1.3 : Tường bằng cọc khoan nhồi......................................................................... 5
Hình 1.4 : Tường bằng cọc thép hình ........................................................................... 6
Hình 1.5 : Thi công Top – Down ................................................................................. 7

Hình 3.3 : Kết cấu tường vây và hệ thanh chống qua mô phỏng Plaxis ..................... 44
Hình 3.4a : Kết quả chuyển vị tường vây mô hình 3D ................................................. 45
Hình 3.4b : Kết quả chuyển vị tường vây trên mặt bằng hố đào .................................. 45
Hình 3.5 : Biểu đồ chuyển vị của tường vây theo độ sâu ứng với hai thời điểm của
quá trình thi công tường vây – Bài toán 1 ..................................................................... 47
Hình 3.6 : Mô hình Plaxis 3D mô phỏng bài toán 2 ................................................... 48
Hình 3.7 : Kết cấu tường vây và hệ thanh chống qua mô phỏng Plaxis ..................... 48
Hình 3.8a: Kết quả chuyển vị tường vây mô hình 3D ................................................... 49
Hình 3.8b : Kết quả chuyển vị tường vây trên mặt bằng hố đào .................................. 49
Hình 3.9 : Biểu đồ chuyển vị của tường vây theo độ sâu ứng với hai thời điểm của
quá trình thi công tường vây – Bài toán 2 ..................................................................... 51
Hình 3.10 : Mô hình Plaxis 3D mô phỏng bài toán ...................................................... 52
Hình 3.11 : Kết cấu tường vây và hệ thanh chống qua mô phỏng Plaxis ..................... 52
Hình 3.12a: Kết quả chuyển vị tường vây mô hình 3D ................................................. 53
Hình 3.12b: Kết quả chuyển vị tường vây trên mặt bằng hố đào .................................. 53
Hình 3.13 : Biểu đồ chuyển vị của tường vây theo độ sâu ứng với hai thời điểm của
quá trình thi công tường vây – Bài toán 3 ..................................................................... 55
Hình 3.14 : Mô hình Plaxis 3D mô phỏng bài toán ...................................................... 56


x
Hình 3.15 : Kết cấu tường vây và hệ thanh chống qua mô phỏng Plaxis ..................... 56
Hình 3.16a: Kết quả chuyển vị tường vây mô hình 3D ................................................. 57
Hình 3.16b: Kết quả chuyển vị tường vây trên mặt bằng hố đào .................................. 57
Hình 3.17 : Biểu đồ chuyển vị của tường vây theo độ sâu ứng với hai thời điểm của
quá trình thi công tường vây – Bài toán 4 ..................................................................... 59
Hình 4.1 : Phối cảnh công trình Tòa nhà trụ sở công ty Xổ số kiến thiết TP. HCM .. 61
Hình 4.2 : Sơ đồ chỉ dẫn Tòa nhà trụ sở công ty Xổ số kiến thiết TP. HCM ............. 62
Hình 4.3 : Sơ đồ vị trí hố khoan .................................................................................. 63
Hình 4.4 : Mặt cắt địa chất .......................................................................................... 67

thế giới sử dụng từ những năm 1970. Tại Việt Nam cũng đã bắt đầu sử dụng trong
những năm gần đây tại các thành phố lớn như Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh thấy
rằng có hiệu quả. Việc nghiên cứu ứng dụng tường barrette rộng rãi cho nhà cao tầng
có tầng hầm là cần thiết.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của đề tài ở đây là phân tích chuyển vị ngang của hệ tường vây
barrette trong quá trình thi công đào hầm bằng phần mềm Plaxis 3D, sử dụng mô hình
nền Mohr - Coulomb. Qua đó rút ra một số nhận xét về một số yếu tố có thể ảnh
hưởng đến chuyển vị ngang của tường barrete chắn giữ hố đào sâu. Kết quả phân tích
hy vọng có thể ứng dụng cho bài toán thiết kế biện pháp thi công tầng hầm cho các
công trình khác tương tự. Yếu tố được xem xét khi phân tích trong luận văn đó là dạng
hình học của hố đào và điều kiện địa chất.
3. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết liên quan đến đề tài. Tổng hợp các kết quả nghiên cứu đã
có. Đặt các trường hợp các bài toán cụ thể rồi sử dụng phần mềm Plaxis 3D
Foundation mô phỏng các trường hợp bài toán đặt ra để tìm kết quả chuyển vị và phân
tích. Nghiên cứu ứng dụng cho một công trình cụ thể tại thành phố Hồ Chí Minh, nhận
xét các kết quả phân tích có so sánh với kết quả quan trắc thực tế tại công trình.


-24. Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài
Đề tài: “Phân tích ổn định hệ tường vây trong quá trình thi công hố đào
sâu bằng mô hình Plaxis 3D” giúp cho người kỹ sư thiết kế nền móng có thêm một
cơ sở lý luận dự báo chuyển vị hố đào sâu, ảnh hưởng của dạng hình học của mặt bằng
hố đào sâu đến mức độ chuyển vị ngang của tường vây.
Việc ứng dụng tính toán chuyển vị ngang của tường barrette cho một công trình
cụ thể tại thành phố Hồ Chí Minh và có so sánh với kết quả quan trắc chuyển vị ngang
thức tế làm tài liệu tham khảo thêm cho những người quan tâm đến vấn đề nghiên cứu
trong luận văn.
5. Giới hạn của đề tài

Hình 1.1a: Đào thẳng đứng

Hình 1.1b: Đào có dốc


-4(b) Đào có chắn giữ thi công bằng cách sử dụng các kết cấu quây giữ, hệ thống
chắn giữ. Vật liệu kết cấu chắn giữ là thép, bê tông, xi măng trộn đất
1.2.2. Phân loại theo đặc điểm chịu lực của kết cấu chắn giữ
Kết cấu chắn giữ chịu lực bị động: Kết cấu chắn giữ hố đào có vai trò
chịu áp lực đất chủ động bao gồm các kết cấu như phun neo, tường bằng
đinh đất.
Kết cấu chắn giữ chịu áp lực chủ động: Kết cấu chắn giữ hố đào có vai
trò chịu áp lực đất bị động bao gồm các kết cấu như cọc, bản, ống, tường và
chống.
1.2.3. Phân loại theo chức năng chắn giữ hố đào
1.2.3.1.

Bộ phận chắn đất

a) Kết cấu chắn đất, thấm nước
+

Cọc thép hình có bản cài

+

Cọc nhồi đặt thưa trát mặt xi măng lưới thép
Cọc đặt dày (cọc nhồi, cọc đúc sẵn)

b) Kết cấu chắn đất, ngăn nước

Ống thép, thép hình chống đỡ (chống ngang)

+

Chống chéo

+

Hệ dầm vòng chống đỡ


-5+

Thi công top-down

1.3 Các loại tƣờng vây hố đào thƣờng sử dụng
1.3.1. Tƣờng chắn bằng cọc đất trộn xi măng
Trộn cưỡng bức đất với xi măng thành cọc xi măng, sau khi đóng rắn sẽ
thành tường chắn có dạng bản liền khối đạt cường độ nhất định. Dùng cho loại
hố đào có độ sâu từ 3 – 6 m.

Hình 1.2: Tường bằng cọc xi măng trộn đất
1.3.2. Tƣờng chắn bằng cọc khoan nhồi
Cọc khoan nhồi có đường kính từ 0,6 – 1 m, cọc dài 15 – 30 m, làm
thành tường chắn theo kiểu hàng cọc, đỉnh cọc cũng được cố định bằng dầm
vòng bằng bê tông cốt thép. Dùng cho hố đào có độ sâu từ 6 – 13 m.

Hình 1.3: Tường bằng cọc khoan nhồi




Giữ ổn định bằng phương pháp neo trong đất: thanh neo trong đất được

sử dụng là neo dự ứng lực. Neo trong đất có nhiều loại, tuy nhiên dùng phổ biến
trong xây dựng hầm là neo phụt.
- Giữ ổn định bằng phương pháp thi công Top – Down: phương pháp thi
công này thường được sử dụng phổ biến hiện nay. Để chống đỡ sàn tầng hầm
trong quá trình thi công, người ta thường sử dụng Kingpost bằng thép hình.
Trình tự thi công này có thể thay đổi để phù hợp với đặc điểm của từng loại
công trình.

Hình 1.5: Thi công Top – Down
Giữ ổn định bằng hệ dàn thép hình kết hợp với sườn gia cường: phương pháp này
đã được ứng dụng phổ biến ở Đài Bắc, Trung Quốc nhưng ở Việt Nam vẫn chưa được
ứng dụng rộng rãi.
1.5 Khảo sát một số công trình hố đào sâu trên thế giới và Việt Nam
Hiện nay trên thế giới có rất nhiều công trình có thi công hố đào sâu.
1.5.1. Một số công trình trên thế giới:


-8Tòa nhà Chung – Wei Đài Loan : 20 tầng, 3 tầng hầm;
Tháp đôi Luala Lumpur city Center Malaysia;
Tòa nhà Commerce Bank: 56 tầng; 3 tầng hầm;
Tòa nhà Cental Plaza HongKong : 75 tầng, 3 tầng hầm;
Tòa thư viện Anh: 7 tầng, 4 tầng hầm;
Tòa nhà Chung- Hava Đài Loan : 16 tầng, 3 thầng hầm.
1.5.2. Một số công trình có thi công hố đào sâu ở Việt Nam
Cục tần số vô tuyến điện, Trần Duy Hưng, Hà Nội; tường barrette dày
80cm, 27 tầng có 3 thầng hầm;
Chung cư Nguyễn Thái Học, phường Yết Kiêu: có 2 tầng hầm;


-

Nguyên nhân biến dạng ngoài liên quan tới sự làm việc của toàn bộ khối đất
và kết quả của sự cố kết.

1.6.1.

Nguồn biến dạng trong
1.6.1.1.

Độ cứng tƣờng chắn và hệ chống đỡ

Thay đổi độ dày tường làm thay đổi độ cứng của tường làm giảm chuyển
dịch của đất bên ngoài hố đào. Tuy nhiên việc tường dày quá chiếm diện tích
lớn, chi phí thi công tăng cao.
Clough và O’Rourke (1990) dựa vào một số quan trắc về biến dạng của
một số hố đào đã lập thành bảng so sánh với độ cứng của tường chắn và tương
quan giữa hệ số an toàn với sự trồi nền.
Đối với hố đào trong đất sét mềm tới cứng vừa, O’Rourke đã so sánh
chuyển vị ngang lớn nhất và chuẩn hóa (umax/z) với độ cứng của tường ( EI / h 4 )
Trong đó: E: mô đun đàn hồi của tường ; I: mô ment chống uốn
h: khoảng cách trung bình giữa các thanh chống

Hình 1.6: Đường cong thiết kế cho chuyển dịch tường lớn nhất Clough và O’Rourk,
1990


- 10 -



- 11 -

Phân tích theo mô hình ứng suất hữu hiệu, MIT-E3 (Whittle và Kavvadas,
1994) có xét đến ảnh hưởng của chiều dài tường đến độ lún nền và chuyển vị
ngang của tường ứng với các chiều sâu tường là L = 40 m và 20 m. Khi đào đến
các cấp đào H = 2,5 m; 5,0 m; 15,0 m; 22,5 m cho đất OCR=1. Khi chiều sâu
tường tăng dẫn đến chuyển vị ngang của tường giảm, được thể hiện qua hình

Hình 1.8: Ảnh hưởng của chiều dài tường trên chuyển vị ngang

-

Tác giả Chang – Yu Ou trong quá trình nghiên cứu thành lập một quy trình
phân tích 3D phát triển trên chương trình máy tính khi phân tích bài toán đào
sâu và thực hiện trên công trình cụ thể đã cho thấy ảnh hưởng của kích thước hố
móng.

Hình 1.9: Sự khác nhau giữa chuyển vị lớn nhất của tường trong các trường hợp
chiều dài tường phụ khác nhau