ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA & PHẠM HÙNG TIẾN NGHIÊN CỨU CỘT ĐẤT TRỘN XI MĂNG TRONG GIA CỐ ĐẤT NỀN QUANH HỐ ĐÀO SÂU TẠI HẦM THỦ THIÊM CHUYÊN NGÀNH : XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ MÃ SỐ NGÀNH : 60 58 30 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07/2009 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học 1 : GS.TSKH. NGUYỄN VĂN THƠ Cán bộ hướng dẫn khoa học 2 : TS. LÊ BÁ VINH Cán bộ chấm nhận xét 1 : Cán bộ chấm nhận xét 2 : Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, Ngày Tháng Năm ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc oOo Tp. HCM, ngày 03 tháng 07 năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên : PHẠM HÙNG TIẾN Giới tính : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 30/10/1983 Nơi sinh : Phú Yên Chuyên ngành : Xây dựng đường ôtô và đường thành phố Khoá (Năm trúng tuyển) : 2007 MSHV : 00107748 1. TÊN ĐỀ TÀI: “ NGHIÊN CỨU CỘT ĐẤT TRỘN XI MĂNG TRONG GIA CỐ ĐẤT NỀN QUANH HỐ ĐÀO SÂU TẠI HẦM THỦ THIÊM “ 2. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Nghiên cứu tác dụng của cột đất trộn xi măng dùng gia cường đất quanh hố đào sâu tại hầm Thủ Thiêm 3. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Chương 1 : Tổng quan về hố đào sâu và vấn đề giữ ổn định hố đào sâu bằng trụ đất trộn xi măng Chương 2 : Cơ sở lý thuyết tính toán đất gia cường bằng cột đất trộn xi măng quanh hố đào sâu Chương 3 : Nghiên cứu tác dụng của cột đất trộn xi măng gia cố quanh hố đào tại dự án hầm Thủ Thiêm Chương 4 Nhận xét, kết luận và kiến nghị 4. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 5. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 03/07/2009 6. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1 : GS.TSKH. NGUYỄN VĂN THƠ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2 : TS. LÊ BÁ VINH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1 GS.TSKH. NGUYỄN VĂN THƠ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2 TS. LÊ BÁ VINH CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS. LÊ BÁ KHÁNH Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC KHOA QUẢN LÝ NGÀNH LỜI CẢM ƠN Khoảng thời gian 2 năm học tập và nghiên cứu tại trường Đại Học Bách Khoa với tôi là khoảng thời gian đầy thú vị và nhiều thử thách. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong bộ môn đã nhiệt tình chỉ bảo, xin cảm ơn tất cả anh chị và các bạn trong lớp cao học Xây Dựng Đường Ôtô và Đường Thành Phố khóa 2007. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TSKH. Nguyễn Văn Thơ và TS. Lê Bá Vinh, các thầy đã nhiệt tình giúp đỡ, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này. Xin cảm ơn gia đình tôi, những người luôn tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong cuộc sống và học tập, nghiên cứu. Xin cảm ơn anh Tùng, những người bạn thân, đồng nghiệp luôn động viên giúp đỡ tôi. Và cuối cùng xin cảm ơn Công ty Obayashi Corporation về những số liệu đã cung cấp. TP. Hồ Chí Minh, Ngày Tháng Năm 2009 Học viên Phạm Hùng Tiến TÓM TẮT LUẬN VĂN Tên đề tài : NGHIÊN CỨU CỘT ĐẤT TRỘN XI MĂNG TRONG GIA CỐ ĐẤT NỀN QUANH HỐ ĐÀO SÂU TẠI HẦM THỦ THIÊM Vấn đề thiết kế đảm bảo độ ổn định và an toàn thi công hố đào sâu luôn là bài toán khó vì cho dù có nhiều tiến bộ trong tính toán mô phỏng dựa trên các mô hình tính toán diễn tả được ứng xử đất nền khá gần với thực tế nhưng vẫn có những sự cố công trình liên quan đến hố móng sâu gây ra. Một số phương pháp giữ ổn định hố đào sâu phổ biến như: Sử dụng thanh chống thông qua hệ thống kích; Sử dụng neo trong đất; Gia cường đất quanh hố đào. Trong các phương pháp trên phương pháp gia cường đất quanh hố đào là một phương pháp được chú ý đến nhiều với sự phát triển của công nghệ thi công cột đất trộn xi măng (DSMC). Công nghệ này được sử dụng vì có thể thi công trong phạm vi hẹp (nhất là trong điều kiện thành phố) và không gây ảnh hưởng đến tường chắn và các công trình xung quanh. Hầm Thủ Thiêm là công trình trọng điểm trong dự án Đại Lộ Đông Tây được coi là một trong những công trình sử dụng DSMC với số lượng lớn và đa dạng mục đích sử dụng nhất. Tại hầm dẩn Thủ Thiêm tại lý trình 14km350 đến 14km365 được sử dụng để gia cường đất cả bên trong và bên ngoài hố đào. Luận văn sẽ nghiên cứu tác dụng của các vùng đất gia cường bằng DSMC này thông qua việc mô phỏng bài toán bằng phần mềm Plaxis, một công cụ rất mạnh sử dụng phương pháp FEM. Với việc phân tích một công trình điển hình với địa chất rất đặc trưng của khu vực Đông Nam Bộ, kết quả nghiên cứu sẽ rất hữu ích trong việc áp dụng vào các công trình tương tự, những công trình nằm trong khu vực có địa chất yếu. Ngoài ra, luận văn cũng trình bày một phương pháp tính toán vùng đất gia cường phía ngoài hố đào, phương pháp này có thể áp dụng ở bất kỳ công trình nào. ABSTRACT STUDY SOIL-CEMENT COLUMNS IN REINFORCING GROUND AROUND DEEP EXCAVATIONS AT THU THIEM TUNNEL Designing to ensure stablization and executing deep excavations safety are always hard task. Though having many advances in calculating by reproduce based on calculated geometries which conduct quite near with practice, a lot of breakdown happened, which are concerned about deep excavations. Some popular maintaining stablization for deep excavations : using struts and wales through pulley systems, using anchors underground, improved soil around deep excavations. Improved soil around deep excavations is one of the approaches which is paid much attention to the development of DSMC. This technology is applied because it can be constructed in narrow scopes (especially in city conditions) and don’t affect to reliable wall and works nearby. Thu Thiem tunnel is an essential work in East-West highway project which is one of the works using large quantity of DSMC and various purposes. At station 14km350 to 14km365 of Thu Thiem tunnel, DSMC is used to improve the ground both inside and outside of deep excavations. This essay studies effects of DSMC improved soil though imitating the task by Plaxis software, an effecttive tool using FEM. By analysing one typical work with specific geology of South-East region, the study’s result will be very useful for applying to the same works, which are in soft soil. Besides, this essay also states one method to calculate improved soil outside of deep excavations. This method can be use in any work. MỤC LỤC CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU VÀ VẤN ĐỀ GIỮ ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU BẰNG TRỤ ĐẤT TRỘN XI MĂNG (DSMC) 1 1.1. TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU 1 1.2. VẤN ĐỀ ỔN ĐỊNH VÀ SỰ CỐ HỐ ĐÀO SÂU 2 1.2.1. Ổn định hố đào sâu 2 1.2.2. Sự cố hố đào sâu 2 1.3. GIỮ ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU BẰNG DSMC 5 1.3.1. Tổng quan về công nghệ DSMC 5 1.3.2. Sử dụng DSMC trong ổn định hố đào sâu 8 1.4. MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN 11 1.5. PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU 12 1.6. GIỚI HẠN LUẬN VĂN 12 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ĐẤT GIA CƯỜNG BẰNG DSMC QUANH HỐ ĐÀO SÂU 13 2.1. LÝ THUYẾT ÁP LỰC ĐẤT CỦA RANKINE 13 2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ÁP LỰC LÊN TƯỜNG CHẮN GIỮ LIÊN TỤC TRONG ĐẤT 15 2.2.1. Phương pháp SACHIPANA 16 2.2.2. Phương pháp đàn hồi 18 2.2.3. Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) 20 2.3. TÍNH TOÁN VÙNG ĐẤT GIA CƯỜNG BẰNG DSMC PHÍA NGOÀI HỐ ĐÀO (PHÍA CHỦ ĐỘNG) 22 2.3.1. Trường hợp đất sau lưng tường ở trạng thái chủ động 24 2.3.2. Trường hợp đất sau lưng tường ở trạng thái bị động 27 CHƯƠNG 3 : NGHIÊN CỨU TÁC DỤNG CỦA DSMC GIA CƯỜNG QUANH HỐ ĐÀO TẠI DỰ ÁN HẦM THỦ THIÊM 31 3.1. TỔNG QUAN VỀ DỰ ÁN HẦM THỦ THIÊM 31 3.2. PHÂN TÍCH ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT VÀ CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ 35 3.3. PHÂN TÍCH KẾT CẤU HẦM 47 3.4. GIA CỐ ĐẤT XUNG QUANH HỐ ĐÀO BẰNG DSMC 50 3.4.1. Gia cố đất nền bằng DSMC phía trong hố đào 52 3.4.2.Gia cố đất nền bằng DSMC phía ngoài hố đào 56 3.5. TRÌNH TỰ THI CÔNG 58 3.6. PHÂN TÍCH MÔ HÌNH 63 3.6.1.Đánh giá mô hình 63 3.6.2.Hệ số an toàn SF 66 3.7. PHÂN TÍCH CÁC TRƯỜNG HỢP BẰNG PLAXIS 67 3.7.1. Trường hợp 1 : Sử dụng DSMC để gia cường đất ở phía chủ động 67 3.7.2. Trường hợp 2 : Sử dụng DSMC để gia cường đất ở phía bị động 79 3.7.3. Trường hợp 3 : Nghiên cứu ảnh hưởng của chất lượng DSMC đến tác dụng gia cường đất ở xung quanh hố đào 86 3.7.4. Trường hợp 4 : Sử dụng DSMC để gia cường đất ở cả phía chủ động và phía bị động 90 3.8. TÍNH TOÁN VÙNG ĐẤT GIA CƯỜNG DSMC BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH 92 CHƯƠNG 4 : NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99 4.1. NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN 99 4.2. KIẾN NGHỊ 101 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA & PHẠM HÙNG TIẾN NGHIÊN CỨU CỘT ĐẤT TRỘN XI MĂNG TRONG GIA CỐ ĐẤT NỀN QUANH HỐ ĐÀO SÂU TẠI HẦM THỦ THIÊM (PHẦN PHỤ LỤC) CHUYÊN NGÀNH : XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ MÃ SỐ NGÀNH : 60 58 30 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07/2009 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN BẰNG PLAXIS Các trường hợp : A. Trường hợp không gia cường đất quanh hố đào B. Trường hợp gia cường đất phía chủ động C. Trường hợp gia cường đất phía bị động D. Trường hợp gia cường đất với chất lượng DSMC khác nhau [...]... DSMC trong việc giữ ổn định hố đào sâu Chương 1 : Tổng quan về hố đào sâu và vấn đề ổn định hố đào sâu bằng trụ đất trộn xi măng 1.4 12 MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN - Nghiên cứu tác dụng của DSMC đến việc giữ ổn định thành hố đào tại hạng mục hầm dẫn Thủ Thiêm - Đưa ra cách tính tốn vùng đất gia cường bằng DSMC quanh hố đào Trường hợp thực tế xét đến là thành hố đào bằng tường trong đất (Diaphragm wall) và đất. .. (a) Sơ đồ thi cơng trộn khơ Chương 1 : Tổng quan về hố đào sâu và vấn đề ổn định hố đào sâu bằng trụ đất trộn xi măng 7 (b) Sơ đồ thi cơng trộn ướt Hình 1 4 – Sơ đồ thi cơng phương pháp trộn khơ (a) và trộn khơ (b) trụ đất- xi măng Phương pháp được sử dụng tại cơng trình đang xét đến trong luận văn này (đường dẫn hầm Thủ Thiêm) là phương pháp trộn khơ JMM (Jet and Mechanical Mixing) Trong chương 3 sẽ... tích Luận văn sẽ xét kỹ trường hợp sử dụng DSMC để gia cường cho đất quanh hố đào có tường chắn là tường trong đất tại hạng mục Hầm Thủ Thiêm Ngồi các biện pháp dùng các thanh chống, neo thì đây có thể cũng là một phương pháp có thể xét đến khi thiết kế hố đào Phương pháp này đặc biệt hữu ích khi muốn gia cố hố đào khi thành hố đào có chuyển vị vượt q giới hạn cho phép hoặc gia cố cho những vùng đất. ..Chương 1 : Tổng quan về hố đào sâu và vấn đề ổn định hố đào sâu bằng trụ đất trộn xi măng 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU VÀ VẤN ĐỀ GIỮ ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU BẰNG TRỤ ĐẤT TRỘN XI MĂNG (DSMC) 1.1 TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU Móng là hạng mục đóng vai trò cực kỳ quan trọng đến sự bền vững của cơng trình Độ sâu đặt móng là một trong những nhân tố chủ đạo ảnh hưởng đến độ ổn định,... Độ sâu gia cố từ vài mét đến 50-60m Hình 1 3 Các trường hợp cơ bản sử dụng DSMC (theo Hiệp hội DJM Nhật Bản, 1996) mơ tả các trường hợp ứng dụng DSMC Trong phạm vi luận văn này sẽ nghiên cứu trường hợp sử dụng DSMC để giữ ổn định hố đào sâu và xét kỹ trường hợp dùng DSMC để gia cường cho vùng đất xung quanh hố đào để giúp ổn định hố đào sâu Chương 1 : Tổng quan về hố đào sâu và vấn đề ổn định hố đào. .. bộ quanh hố đào sâu Thực tế phương pháp này cũng đã được ứng dụng tại hạng mục hầm dẫn Hầm Thủ Thiêm và cho kết quả rất tốt Một ưu điểm rất quan trọng của DSMC là hầu như khơng gây tác động đến cơng trình xung quanh và có thể thi cơng trong điều kiện chật hẹp Do vậy sử dụng DSMC trong gia cố hố đào sâu hầu như sẽ khơng gây ảnh hưởng đáng kể đến tường chắn xung quanh hố đào Luận văn này sẽ nghiên cứu. .. định hố đào trong suốt q trình thi cơng móng cơng trình cũng là một yếu tố cần đặc biệt chú ý Theo độ sâu đào Terzaghi và Peck (1967) chia hố đào thành hai loại : hố đào nơng (dưới 6m), hố đào sâu (trên 6m) Tuy nhiên có khi độ sâu hố đào nhỏ hơn 6m nhưng phải đào trong điều kiện địa chất cơng trình và điều kiện thủy văn phức tạp thì cũng phải xử lý như đối với hố đào sâu Các loại cơng trình xây dựng. .. cũng đã có nghiên cứu về vấn đề này Có thể đề cập đến ở đây một vài tác giả như Woo (1990), Gaba (1990), Nakagawa (1996), Ueki (1999) các tác giả này đã nghiên cứu về việc sử dụng DSMC phía trong phạm vi hố đào để giữ ổn định hố đào sâu Hạn chế của Chương 1 : Tổng quan về hố đào sâu và vấn đề ổn định hố đào sâu bằng trụ đất trộn xi măng 11 các tác giả này là chưa nghiên cứu tác dụng của DSMC trong việc... sử dụng hố đào sâu một cách bình thường Phân tích một vài sự cố hố đào sâu điển hình ở Việt Nam và trên thế giới để thấy được phần nào mức độ phức tạp trong thiết kế và thi cơng hố đào sâu : v Sự cố cao ốc Pacific (TP Hồ Chí Minh) Hình 1 1 - Thi cơng hố móng cao ốc Pacific làm sập một phần viện KHXH Nam Bộ Chương 1 : Tổng quan về hố đào sâu và vấn đề ổn định hố đào sâu bằng trụ đất trộn xi măng 4 -... vấn đề ổn định hố đào sâu bằng trụ đất trộn xi măng 6 Hình 1 3 Các trường hợp cơ bản sử dụng DSMC (theo Hiệp hội DJM Nhật Bản, 1996) 1.3.1.2 Ngun lý và đặc tính gia cố xi măng -đất: Ngun lý cơ bản của việc gia cố xi măng -đất là xi măng sau khi trộn với đất sẽ sinh ra một loạt phản ứng hóa học rồi dần dần đóng rắn lại Có hai phương pháp trộn là phương pháp trộn ướt và phương pháp trộn khơ Sự khác nhau