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

G

Chứ
c

Ủ
viên,
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 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
PHÒNG QLKH – ĐTSĐH
Độc lập – Tự do – 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




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.

Tp. HCM, ngày 02 tháng 9 năm 2015
Học viên thực hiện 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
trong quá trình thi công hố đào sâu bằng mô hình Plaxis 3D”, tôi xin được chân thành
gửi lời cảm ơn đến:
TS. Trương Quang Thành, người đã chỉ bảo và hướng dẫn tận tình
để tôi có thể hiểu rõ phương pháp khoa học và nội dung đề tài, từ đó hoàn chỉnh luận văn
này.
Quý thầy cô trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chi Minh, đặc biệt là
các thầy cô Khoa Xây dựng đã truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu làm



4

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.


5

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TƯỜNG VÂY TRONG



6

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
SÂU ............................................................................................................................... 37
3.1 Giới thiệu ................................................................................................................. 37
3.2 Phân tích chuyển vị ngang của tường vây theo yếu tố hình học của hố đào ...........
37
3.3 Đặt bài toán phân tích nghiên cứu .......................................................................... 37
3.4 Các dạng mặt bằng hình học hố đào trong phân tích ............................................. 42
3.5 Kết quả phân tích các bài toán................................................................................ 44
3.5.1. Bài toán 1 .................................................................................................. 44
3.5.2. Bài toán 2 .................................................................................................. 48
3.5.3. Bài toán 3 .................................................................................................. 52
3.5.4. Bài toán 4 .................................................................................................. 56
3.6 Một số kết luận rút ra từ chương 3 ......................................................................... 60
CHƯƠNG 4: SO SÁNH CHUYỂN VỊ NGANG GIỮA MÔ PHỎNG PLAXIS 3D
VÀ QUAN TRẮC CỦA CÔNG TRÌNH TƯỜNG VÂY THỰC TẾ ......................
61
4.1 Giới thiệu công trình................................................................................................ 61

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


8

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 1.6 : Đường cong thiết kế cho chuyển dịch tường lớn nhất Clough và
O’Rourk,1990 .................................................................................................................. 9
Hình 1.7 : Ảnh hưởng độ cứng của tường đến chuyển vị của tường .......................... 10
Hình 1.8 : Ảnh hưởng của chiều dài tường trên chuyển vị ngang .............................. 11
Hình 1.9 : Sự khác nhau giữa chuyển vị lớn nhất của tường trong các trường hợp
chiều dài tường phụ khác nhau ...................................................................................... 11
Hình 1.10 : Phương án đào có mặt bằng là hình chữ nhật ............................................ 12
Hình 1.11 : Các vùng ứng xử biến dạng phẳng và biến dạng không gian trong hố đào12

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


1
0

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
Hình 4.5 : Mặt cắt địa chất .......................................................................................... 68
Hình 4.6 : Mặt bằng bố trí hệ kingpost ....................................................................... 70
Hình 4.7 : Mặt bằng bố trí hệ giằng chống ................................................................. 71
Hình 4.8 : Thi công xong tầng giằng đầu tiên, đào đất thi công tầng giằng thứ 2 ...... 72

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
Phạm vi nghiên cứu cho công trình thực tế có tính cục bộ chưa có điều kiện
nhân rộng phân tích nhiều khu vực địa chất khác nhau. Kết quả nghiên cứu phần lớn
dựa vào kết quả phân tích khi mô phỏng trên phần mềm Plaxis 3D bằng mô hình Mohr
- Coulomb. Chưa phân tích đầy đủ hết các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của


-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
+

Tường liên tục trong đất


Chống chéo

+

Hệ dầm vòng chống đỡ


-5+

Thi công topdown

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


-61.3.3. Tƣờng chắn bằng cọc thép hình
Các cọc thép hình thường là I hay H được hạ vào trong đất liền sát nhau
bằng búa đóng hay rung tạo thành tường chắn kiểu hàng cọc, trên đỉnh được
giằng bằng thép hình. Dùng cho hố đào có độ sâu 6 -13 m.

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;
Vietcombank Tower, 98 Trần Quang Khải, Hà nội: 2 tầng hầm;
Hacinco Tower : tường barrette: 2 tầng hầm;
Kho bạc nhà nước Hà Nội: 2 tầng hầm;
Tòa nhà văn hóa đa năng, Pasteur, quận 1, Hồ Chí Minh: 3 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