NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ TƯỜNG VÂY TẦNG HẦM GIA CƯỜNG BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
VÕ THÀNH HOAN
NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ TƯỜNG VÂY TẦNG HẦM
GIA CƯỜNG BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT
NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP - 60580208
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 / 2016

2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
VÕ THÀNH HOAN
NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ TƯỜNG VÂY TẦNG HẦM
GIA CƯỜNG BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT
NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP - 60580208
Hướng dẫn khoa học:
TS. NGUYỄN SỸ HÙNG
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 / 2016

3. iii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, được thực hiện dưới sự
hướng dẫn khoa học của TS. Nguyễn Sỹ Hùng.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 09 năm 2016
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

4. iv
LỜI CẢM ƠN
Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ban giám hiệu, quý thầy cô trường Đại học
Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện, giúp đỡ để tôi có môi
trường học tập và thực hiện đề tài nghiên cứu này.
Đặc biệt gửi lời cảm ơn đến thầy TS. Nguyễn Sỹ Hùng là người trực tiếp
giảng dạy và hướng dẫn tôi thực hiện đề tài nghiên cứu này.
Xin cảm ơn gia đình đã động viên tôi trong suốt quá trình học tập và làm việc.
Cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp đã luôn khích lệ để tôi vượt qua những khó khăn.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, tuy nhiên vẫn không tránh khỏi những thiếu sót,
rất mong nhận được sự đóng góp quý báu của thầy cô và các bạn.
TPHCM, ngày 21 tháng 09 năm 2016
Học viên
Võ Thành Hoan

5. v
TÓM TẮT
Trong những năm gần đây ở nước ta, cùng với sự phát triển kinh tế và quá
trình đô thị hóa nhanh, nhu cầu sử dụng và khai thác không gian ngầm dưới mặt đất
ngày càng nhiều. Việc xây dựng các công trình nói trên dẫn đến xuất hiện hàng loạt
các hố đào sâu có kích thước lớn và nằm trong tầng đất có địa chất phức tạp. Vì
vậy, chuyển vị ngang vượt giới hạn cho phép một trong những nguyên nhân chính
có thể gây thiệt hại cho công trình lân cận. Do đó, bắt buộc phải giảm thiểu tối đa
chuyển vị ngang tường vây.
Trong luận văn này trình bày nghiên cứu việc phân tích chuyển vị ngang của
tường vây tầng hầm thi công theo phương pháp Semi TopDown trong khu vực đất
yếu Tp. Hồ Chí Minh. Sử dụng kết quả mô phỏng với hai mô hình Morh – Coulomb
và Hardening Soil so sánh với số liệu đo đạc thực tế kiểm chứng sự đúng đắn các
thông số đầu vào, nhận thấy mô hình Hardening Soil cho kết quả sát thực tế hơn.
Do đó mô hình Hardening Soil sẽ được chọn cho nhưng phân tích trong các bài toán
sau.
Kết quả phân tích cho thấy chuyển vị ngang của tường vây lớn nhất nằm ở gần
khu vực đáy hố đào . Dựa trên những nghiên cứu tổng quan trên thế giới, tác giả mô
tả ứng dụng giải pháp phun vữa cao áp Jet Grouting giảm chuyển vị ngang hố đào
trong điều kiện địa chất TP.HCM. Đất trong khu vực đáy hố đào được thay thế một
phần bằng những cọc jet grouting (JGPs) nhằm tăng sức kháng bị động.
Phân tích sẽ phân ra làm 2 trường hợp nghiên cứu: Cột đất gia cường vùng chủ
động , và cột đất gia cường vùng bị động. Có 3 phương pháp mô phỏng xét tới đó
là.
x Phương pháp RAS (The real allocation simulation) mô phỏng vật liệu
riêng biệt theo tính chất thật của đất nền và JGPs.

6. vi
x Phương pháp EMS ( Equivalent material simulation) mô phỏng qui đổi
vật liệu tương đương, xem cọc JGPs và đất nền làm việc như một khối
duy nhất.
x Ngoài ra để xét đến tính hiệu quả gia cố của các cọc JGPs nhằm huy
động hết khả năng làm việc của từng cọc, phải xét thêm cách thức bố trí
chiều dài các cọc khác nhau.
Kết quả phân tích này chỉ ra rằng việc gia cường vùng bị động sẽ cho kết quả
tốt nhất với 7 hàng cọc, thì làm giảm chuyển vị tường 19.1%
Trong khi đó cả 2 phương pháp mô phỏng RAS và EMS đều cho kết quả gần
giống nhau. Điều này chứng tỏ rằng quan niệm cọc và đất làm việc như một khối
đồng nhất là hơp lý.

7. vii
ABSTRACT
In recent years in our country, along with economic development and
urbanization process, the need to use and exploitation of underground more and
more. The build of constructions quoted above has made many kinds of deep
excavations appear and have the large size in soil with complex geology. The
horizontal displacement exceeds the permissible limits and ground settlement due to
the construction of deep excavations are the main causes that can cause damage to
the adjacent buildings. Therefore, it is imperative to minimize the horizontal
displacement of diaphragm wall.
This thesis presents a research about lateral displacement of the basement
diaphragm wall constructed by Semi Topdown method in the soft soil zone of Ho
Chi Minh City. Using the simulation results with two soil models are Morh-
Coulomb and Hardening Soil and compared with actual measurements to verify the
correctness of the input parameters, Hardening Soil model for closely real results
more practical. Therefore, Hardening Soil model will be selected for the analysis of
the simulations future.
The analytical results show that the horizontal displacement of the diaphragm
wall is largest near the bottom of excavations area . Based on the study of the world,
the author describes the application high-pressure grouting solution (jet grouting)
reduced horizontal displacement excavations in geological conditions in Ho Chi
Minh city. The soil in the bottom of excavations is replaced in part by the jet
grouting piles (JGPs) to increase passive resistance.
The analysis will be divided into 2 case studies: Soil-cement columns were
reinforced the passive area and the active area. There are 3 methods to simulate the
review are:
x RAS method (The real allocation simulation) simulation separate materials
on the characteristics of the real soil and JGPs.

8. viii
x EMS method ( Equivalent material simulation) as JGPs piles and soil
untreated work as a single block material.
x In addition, to consider the effectiveness of JGPs piles reinforcement to
mobilize the full capability of each it. Need to consider how the layout
different length piles.
The results of this analysis show that the reinforcement of the passive area is
the best result with 7 soil-cement columns , the displacement of the wall is 19.1%
reduction.
Otherwise, both RAS and EMS methods for simulation have similar results.
This proves that the concept soil untreated and JGPs piles working as a uniformity
block is reasonable.

9. ix
MỤC LỤC
LÝ LỊCH KHOA HỌC............................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... iii
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iv
TÓM TẮT ...................................................................................................................v
MỤC LỤC................................................................................................................. ix
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ........................................................................... xiii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ........................................................................................xv
MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài ..........................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài ..............................................................................2
3. Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài .....................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu.........................................................................................2
5. Nội dung nghiên cứu...............................................................................................3
6. Hạn chế của đề tài ...................................................................................................3
CHƯƠNG 1 . TỔNG QUAN VỀ PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ NGANG CỦA
TƯỜNG VÂY TRONG HỐ ĐÀO SÂU.....................................................................5
1.1 Đặc điểm hố đào sâu .............................................................................................5
1.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu....5
1.2.1 Ảnh hưởng của hệ số an toàn chống trồi đáy....................................................7
1.2.2 Ảnh hưởng của chiều sâu hố đào .......................................................................8
1.2.3 Ảnh hưởng của chiều sâu ngàm tường...............................................................9
1.2.4 Ảnh hưởng của độ cứng tường và phân bố đất tốt - đất yếu............................10
1.3 Các phương pháp phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu..11
1.3.1 Phương pháp giản đơn .....................................................................................12
1.3.2 Phương pháp dầm trên nền đàn hồi và phương pháp phần tử hữu hạn............13
1.4 Phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu bằng phương pháp
phần tử hữu hạn.........................................................................................................16
1.4.1 Ảnh hưởng mô hình nền đến kết quả chuyển vị ngang tường vây ..................17

10. x
1.4.2 Giới hạn vùng mô hình khi phân tích hố đào sâu bằng phần mềm Plaxis.......23
1.4.3 Thông số của mô hình nền khi phân tích hố đào bằng phần mềm Plaxis........24
1.4.3.1 Ảnh hưởng của thông số độ cứng E..............................................................25
1.4.3.2 Hệ số thấm K.................................................................................................29
1.4.3.3 Hệ số Poisson................................................................................................29
1.5 Kết luận. ..............................................................................................................30
CHƯƠNG 2 . CỌC ĐẤT TRỘN XI MĂNG............................................................32
2.1 Đặt vấn đề. ..........................................................................................................32
2.2 Sơ lược về cọc xi măng đất.................................................................................33
2.2.1 Ưu nhược điểm cọc xi măng đất......................................................................34
2.2.1.1 Ưu điểm.........................................................................................................34
2.2.1.2 Nhược điểm...................................................................................................35
2.2.2 Ứng dụng chính của công nghệ trộn sâu..........................................................36
2.3 Công nghệ trộn....................................................................................................36
2.3.1 Công nghệ trộn khô..........................................................................................36
2.3.2 Công nghệ trộn ướt ..........................................................................................38
2.3.2.1 Khoan phụt vữa cao áp Jet Grouting.............................................................39
2.4 Cọc xi măng đất ứng dụng gia cường hố đào .....................................................40
2.4.1 Ảnh hưởng từ cách bố trí và mật độ cọc đến chuyển vị ngang tường vây. .....41
2.4.2 Ảnh hưởng tỷ lệ cải thiện đến chuyển vị ngang tường vây ............................48
2.4.3 Mối quan hệ E50 /qu ..........................................................................................49
2.5 Phương pháp mô phỏng trong gia cố hố đào bằng cọc xi măng đất...................51
2.5.1 Phương pháp tính toán theo quan điểm trụ làm việc như cọc..........................51
2.5.2 Phương pháp tính toán theo quan điểm nền tương đương...............................52
2.5.3 Phương pháp tính toán theo quan điểm hỗn hợp .............................................54
2.6 Kết luận. ..............................................................................................................61
CHƯƠNG 3 .CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ
HỮU HẠN TRONG VIỆC PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ NGANG CỦA TƯỜNG
VÂY TRONG HỐ ĐÀO SÂU..................................................................................63
3.1 Cơ sở lý thuyết trong Plaxis................................................................................63

11. xi
3.2 Các thông số cơ bản trong mô hình Plaxis..........................................................63
3.2.1 Loại vật liệu đất nền “Drained, Undrained, Non-porous” ...............................63
3.2.2 Dung trọng không bão hoà và dung trọng bão hoà..........................................65
3.2.3 Hệ số thấm........................................................................................................65
3.2.4 Thông số độ cứng của đất nền..........................................................................66
3.2.5 Thông số sức kháng cắt của đất nền.................................................................68
3.3 Các mô hình đất nền trong Plaxis .......................................................................69
3.3.1 Mô hình Morh-Coulomb..................................................................................69
3.3.1.1 Tổng quát về mô hình ...................................................................................69
3.3.1.2 Xác định thông số cho mô hình ....................................................................71
3.3.2 Mô hình Hardening Soil...................................................................................74
3.3.2.1 Tổng quát về mô hình. ..................................................................................74
3.3.2.2 Xác định thông số cho mô hình. ...................................................................78
3.4 Các phương pháp phân tích không thoát nước, thoát nước và phân tích kép
(Không thoát nước kết hợp với cố kết) và ứng dụng các phương pháp này trong việc
phân tích bằng Plaxis ................................................................................................81
3.4.1 Phân tích không thoát nước..............................................................................82
3.4.2 Phân tích thoát nước.........................................................................................84
3.4.3 Phân tích kép (Couple Analysis)......................................................................84
3.5 Kết luận ...............................................................................................................85
CHƯƠNG 4 . THIẾT LẬP VÀ LỰA CHỌN MÔ HÌNH PHÂN TÍNH ĐÁNH GIÁ
HIỆU QUẢ KHI GIA CƯỜNG CỌC XI MĂNG ĐẤT LÀM GIẢM CHUYỂN VỊ
NGANG HỐ ĐÀO....................................................................................................87
4.1 Đặt vấn đề. ..........................................................................................................87
4.1.1 Tổng quan về công trình ..................................................................................88
4.1.2 Địa chất ............................................................................................................91
4.1.3 Quá trình thi công tầng hầm.............................................................................96
4.1.4 Kết quả quan trắc chuyển vị ngang của tường vây trong quá trình thi công ...98
4.2 Mô phỏng bài toán bằng Plaxis.........................................................................100
4.2.1 Phương pháp phân tích...................................................................................100

12. xii
4.2.2 Xây dựng mô hình phân tích chuyển ngang của tường vây tầng hầm bằng
phần mềm Plaxis 2D V8.5 ......................................................................................100
4.2.2.1 Mô hình vật liệu cho các cấu kiện và đất nền.............................................100
4.2.2.2 Mô hình các giai đoạn thi công...................................................................103
4.3 Kết quả phân tích và nhận xét...........................................................................104
4.4 Phân tích ứng dụng Jet Grouting giảm chuyển vị ngang tường vây.................107
4.4.1 Mô phỏng đất trong hố đào được xử lý bằng cọc Jet Grouting .....................107
4.4.2 Các trường hợp gia cố cọc xi măng đất .........................................................108
4.4.2.1 Trường hợp gia cố vùng chủ động..............................................................108
4.4.2.2 Trường hợp gia cố vùng bị động.................................................................112
4.5 Kết quả chuyển vị ngang tường vây sau khi gia cố cọc JGPs..........................116
4.5.1 Kết quả chuyển vị ngang tường vây sau khi gia cố cọc JGPs vào khu vực chủ
động.........................................................................................................................116
4.5.1.1 Mô phỏng bằng phương pháp vật liệu riêng biệt ( PP RAS) ......................116
4.5.1.2 Mô phỏng bằng phương pháp vật liệu tương đương ( PP EMS) ................117
4.5.1.3 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi mô phỏng cọc JGPs bằng
hai phương pháp RAS và EMS...............................................................................118
4.5.1.4 Mô phỏng bằng phương pháp vật liệu riêng biệt ( PP RAS), có xét đến việc
giảm đều chiều dài cọc 3m......................................................................................124
4.5.2 Kết quả chuyển vị ngang của tường vây sau khi gia cố cọc JGPs vào vùng bị
động.........................................................................................................................131
4.5.2.1 Mô phỏng bằng phương pháp vật liệu riêng biệt ( PP RAS) ......................131
4.5.2.2 Mô phỏng bằng phương pháp vật liệu tương dương ( PP EMS) ................132
4.5.2.3 Mô phỏng bằng phương pháp vật liệu riêng biệt ( PP RAS) . Chiều dài cọc
chênh nhau 0.3m hướng giảm dần từ phía gần tường vào trong hố đào.................135
4.5.2.4 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây sau khi mô phỏng bằng 3
phương pháp: PP RAS, PP EMS và PP RAS có xét đến giảm chiều dài cọc.........136
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................142
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................144

13. xiii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây khi phân tích bằng những
phương pháp khác nhau so sánh với kết quả quan trắc, M.Mitew (2005)................14
Bảng 1.2 Thông số đầu vào mô hình Hardening Soil, Helmut F. Schweiger (2007)
...................................................................................................................................18
Bảng 1.3 Thông số đầu vào mô hình Morh-Coulomb, Helmut F. Schweiger (2007)
...................................................................................................................................18
Bảng 1.4. Bảng tổng hợp tương quan giữa mô-đun E với chỉ tiêu cơ lý ..................26
Bảng 1.5. Quan hệ giữa Es và Su ,Teparaksa W(1999) .............................................27
Bảng 1.6. Quan hệ giữa Es và Su theo chỉ số dẽo,Bowles .J.E (1998) ......................28
Bảng 1.7. Giá trị tiêu biểu của mô đun E cho vật liệu kết dính (Mpa).....................28
Bảng 1.8. Hệ số thấm của đất được tổng hợp như trong bảng sau. ..........................29
Bảng 1.9. Hệ số Poisson của đất được tổng hợp như trong bảng sau.......................29
Bảng 2.1. Bảng tổng hợp ưu nhược điểm phương pháp khoan phụt vữa cao áp Jet
Grouting ....................................................................................................................40
Bảng 2.2. Một số quan hệ giữa E50 và qu..................................................................49
Bảng 2.3. Các mối tương quan điển hình và dữ liệu cho các loại đất trộn xi măng.49
Bảng 2.4. Đặc trưng cọc Jet Grouting ở TPHCM, Trần Nguyễn Hoàng Hùng (2013)
...................................................................................................................................50
Bảng 2.5 Đặc trưng cọc Jet Grouting, G.Guatteri, J.L Kauschinger, A. C. Doria ,
E.B.Perry (1998) .......................................................................................................51
Bảng 3.1. Tổng hợp những nét chính của 2 mô hình Mohr- Coloumb và Hardening
Soil ............................................................................................................................86
Bảng 4.1. Quá trình thi công tầng hầm .....................................................................96
Bảng 4.2. Thông số vật liệu cho cấu kiện trong mô hình Plaxis.............................100
Bảng 4.3. Thông số đất nền của mô hình Morh-Coulomb......................................101
Bảng 4.4. Thông số đất nền của mô hình Hardening Soil ......................................102
Bảng 4.5. Mô hình các quá trình thi công...............................................................103

14. xiv
Bảng 4.6. So sánh chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây giữa kết quả phân tích
với kết quả quan trắc ...............................................................................................106
Bảng 4.7. Các phương pháp mô phỏng cọc JGPs gia cường vùng chủ động. ........109
Bảng 4.8. Bảng chi tiết các trường hợp mô phỏng .................................................110
Bảng 4.9. Thông số đầu vào của đất nền được gia cố bằng cọc xi măng đất JGPs
trường hợp gia cố vùng chủ động. ..........................................................................111
Bảng 4.10. Các phương pháp mô phỏng cọc JGPs gia cường vùng bị động..........113
Bảng 4.11. Bảng chi tiết các trường hợp mô phỏng ..............................................114
Bảng 4.12. Thông số đầu vào của đất nền gia cố bằng cọc xi măng đất JGPs trường
hợp gia cố vùng bị động..........................................................................................115
Bảng 4.13. So sánh kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây khi mô phỏng
hai PP RAS và PP EMS với khi chưa xử lý JGPs...................................................122
Bảng 4.14. So sánh kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây khi mô phỏng
cọc xi măng đất vào vùng chủ động bằng PP RAS có xét đến giảm chiều dài cọc .
.................................................................................................................................129
Bảng 4.15. So sánh kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây khi mô phỏng
cọc xi măng vào vùng bị động bằng hai PP RAS và EMS . ...................................133
Bảng 4.16. So sánh kết quả chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây khi mô phỏng
cọc xi măng vào vùng bị động bằng PP RAS và PP RAS có xét đến giảm chiều dài
cọc. ..........................................................................................................................141

15. xv
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Mối tương quan giữa hệ số an toàn chống trồi đáy, độ cứng của tường vây
và hệ thống chống đỡ với chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây (ሺࡱࡵሻȀ
ሺࢽ࢝ࢎࢇ࢜ࢍ૝ሻ đại diện là độ cứng của hệ thống tường chống đỡ, Fb hệ số an toàn
chống trồi đáy), Clough và O’Rourke (1990).............................................................7
Hình 1.2 Mối tương quan giữa chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây với chiều
sâu của hố đào (Ou và các đồng sự, 1993)..................................................................8
Hình 1.3 Chiều sâu ngàm tường Hp ,Chang Yu Ou (2006)........................................9
Hình 1.4 Tương quan giữa chiều sâu ngàm tường và chuyển vị ngang của tường
(Chang Yu Ou 2006).................................................................................................10
Hình 1.5 Dạng chuyển vị của tường trong trường hợp độ cứng thanh chống đủ lớn.
(a) giai đoạn đào chưa có thanh chống, (b) giai đoạn có thanh chống, (c) giai đoạn
lấp nhiều tầng thanh chống ,Chang Yu Ou (2006) ...................................................11
Hình 1.6 Dạng chuyển vị của tường trong trường hợp độ cứng thanh chống không
đủ lớn. (a) giai đoạn đào chưa có thanh chống, (b) giai đoạn có thanh chống, (c) giai
đoạn lấp nhiều tầng thanh chống, Chang Yu Ou (2006)...........................................11
Hình 1.7 Phương pháp ứng suất phụ thuộc...............................................................13
Hình1.8. Chuyển vị ngang của tường vây khi phân tích bằng hai phương pháp (a)
trong trường hợp là Diapharm wall (b) là trường hợp Sheet Pile, Krasinski và M.
Urban (2011). Với Ux(mm): là chuyển vị ngang , ࢽ(m) : là độ sâu tính từ miện hố
đào.............................................................................................................................16
Hình 1.9. Chuyển vị ngang của tường khi phân tích với mô hình chuẩn Hardening
Soil Model và mô hình Morh-Coulomb MC3, MC4 so sánh với kết quả quan trắc,
Helmut F. Schweiger (2002).....................................................................................19
Hình 1.10 Chuyển vị ngang của tường vây khi phân tích bằng các mô hình khác
nhau và kết quả quan trắc. (a) đào đến độ sâu 0.8m đặt tầng thanh chóng đầu tiên tại
độ sâu 0.3m, (b) đào đến độ sâu 29,5m, lấp 7 tầng thanh chóng và thi công đáy hầm,
Lumir Mica và các đồng sự (2010)...........................................................................21

16. xvi
Hình 1.11 Giới hạn vùng mô hình khi phân tích hố đào sâu bằng Plaxis, K.J. Bakker
(2005) ........................................................................................................................23
Hình 1.12 Chuyển vị ngang của tường vây trong các trường hợp phạm vi mô hình
nền khác nhau, W,D chiều rộng và chiều sâu vùng hình, Helmut F. Schweiger
(2002) ........................................................................................................................24
Hình 2.1. Ứng dụng chính cọc xi măng đất ..............................................................36
Hình 2.2 Bố trí trụ trộn khô......................................................................................37
Hình 2.3 Bố trí trụ trùng nhau theo khối...................................................................37
Hình 2.4. Bố trí trụ trộn ướt trên mặt đất..................................................................38
Hình 2.5. Bố trí trụ trùng nhau theo công nghệ trộn ướt ..........................................38
Hình 2.6. Công nghệ Jet Grouting ............................................................................39
Hình 2.7. Các kiểu cải thiện đất trong hố đào bằng cọc xi măng đất . (a) Gia cường
vùng chủ động, (b) Gia cường vùng bị động ............................................................40
Hình 2.8. Các kiểu cải thiện đất trong hố đào bằng cọc xi măng đất : (a) Dạng
Khối, (b) Dạng cột ,(c) Dạng tường..........................................................................41
Hình 2.9. Gia cường bên dưới hố đào . (a ) Gia cường toàn bộ khu vực , (b) Gia
cường cục bộ theo vùng ............................................................................................42
Hình 2.10. Gia cường cọc xi măng đất dưới đáy hố móng......................................42
(a): dày 1.5m, (b) dày: 3m, (c): dày 6m ....................................................................42
Hình 2.11. Hiệu quả của chiều dày lớp gia cường Jet Grouting đối với chuyển vị
trường vây , Wong (1998).........................................................................................43
Hình 2.12. Dự án The Song-San được tọa lạc tại khu K1 Đài Bắc, Chan-Yu Ou
(2007) ........................................................................................................................44
Hình 2.13. Ảnh hưởng hiệu ứng góc, Chan-Yu Ou (2007) ......................................44
Hình 2.14. Kết quả nghiên cứu được áp dụng, Chan-Yu Ou (2007)........................44
Hình 2.15. So sánh kết quả chuyển vị ngang PP RAS và PP EMS,Chan-Yu Ou,
Tzong-Shiann Wu and Hsii-Sheng Hsieh (2007) .....................................................45
Hình 2.16. So sánh kết quả chuyển vị ngang PP RAS và PP EMS,Chan-Yu Ou,
Tzong-Shiann Wu and Hsii-Sheng Hsieh (2007) .....................................................45
Hình 2.17. Kết quả chuyển vị ngang cho từng trường hợp gia cố............................46

17. xvii
Hình 2.18. Kết quả chuyển vị ngang tường vây .(a) Gia cố vùng chủ động (b) Gia cố
vùng bị động, Lê Trong Nghĩa (2012) ......................................................................47
Hình 2.19. Kết quả chuyển vị ngang tường cho từng tỷ lệ cải thiện Ir ,Nguyễn Minh
Tâm (2013)................................................................................................................48
Hình 2.20 Cọc Jet Grouting cải tạo đất duới đáy hố đào.........................................52
Hình 2.21. Mối quan hệ giữa qu-Ir-m .......................................................................53
Hình 2.22. Sơ đồ phá hoại của đất dính gia cố bằng cọc xi măng đất .....................56
Hình 2.23. Quan hệ ứng suất- biến dạng vật liệu xi măng- đất ................................57
Hình 2.24. Phá hoại khối và phá hoại cắt cục bộ......................................................57
Hình 2.25. Sơ đồ tính toán biến dạng........................................................................59
Hình 3.1. Ý tưởng cơ bản của mô hình đàn dẻo lý tưởng.........................................70
Hình 3.2 Xác định Eref từ thí nghiệm 3 trục cố kết thoát nước .................................72
Hình 3.3. Xác định Eoed từ thí nghiệm nén cố kết.....................................................73
Hình 3.4. Mối quan hệ Hyperpolic giữa ứng suất lệch và biến dạng dọc trục trong
thí nghiệm 3 trục thoát nước .....................................................................................76
Hình 3.5 Vùng đàn hồi của mô hình Hardening soil trong không gian ứng suất chính
...................................................................................................................................77
Hình 3.6 Xác định ࡱ૞૙࢘ࢋࢌ từ thí nghiệm 3 trục thoát nước ...................................79
Hình 3.7 Xác định ۳‫܎܍ܚ܌܍ܗ‬ từ thí nghiệm nén cố kết.............................................79
Hình 3.8 Xác định hệ số mũ (m) từ thí nghiệm 3 trục thoát nước............................81
Hình 4.1 .Vị trí công trình và mặt bằng tường vây...................................................89
Hình 4.2. Mặt cắt dọc tường vây...............................................................................90
Hình 4.3. Biểu đồ độ ẩm (W), giới hạn dẻo (PL), giới hạn nhão (PL), SPT (N), Sức
kháng cắt không thoát nước (Su) từ thí nghiệm cắt cánh hiện trường theo độ sâu...95
Hình 4.4 Các bước thi công tầng hầm.......................................................................97
Hình 4.5. Mặt bằng bố trí đo chuyển vị ngang tường vây ........................................98
Hình 4.6. Kết quả đo chuyển vị ngang của tường tại vị trí IL2 theo các giai đoạn thi
công...........................................................................................................................99
Hình 4.7. CV ngang ứng với pha đào đến cao độ -4.2m.........................................104
Hình 4.8. CV ngang ứng với pha đào đến cao độ -7.9m.........................................104

18. xviii
Hình 4.9 CV ngang ứng với pha đào đến cao độ -12.55m......................................105
Hình 4.10. JGPs bố trí vuông góc ...........................................................................107
Hình 4.11. Hình minh họa gia cố cọc xi măng đất vào vùng chủ động:.................108
Hình 4.12. Hình minh họa gia cố cọc xi măng đất vào vùng bị động: ...................112
Hình 4.13. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây ứng với đợt đào cuối (-
12.55m) khi sử dụng PP RAS .................................................................................116
Hình 4.14. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây ứng với đợt đào cuối (-
12.55m) khi sử dụng PP EMS.................................................................................117
Hình 4.15 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 2 hàng cọc.....................................................................................118
Hình 4.17. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 4 hàng cọc......................................................................................119
Hình 4.16. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 3 hàng cọc.....................................................................................119
Hình 4.18. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 5 hàng cọc.....................................................................................120
Hình 4.19. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 6 hàng cọc.....................................................................................120
Hình 4.20. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 7 hàng cọc.....................................................................................121
Hình 4.21. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 8 hàng cọc.....................................................................................121
Hình 4.22. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử PP RAS mô phỏng 4
hàng cọc , có xét đến giảm chiều dài cọc................................................................124
Hình 4.23. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử PP RAS mô phỏng 5
hàng cọc , có xét đến giảm chiều dài cọc................................................................125
Hình 4.24. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử PP RAS mô phỏng 6
hàng cọc , có xét đến giảm chiều dài cọc................................................................126
Hình 4.25. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử PP RAS mô phỏng 7
hàng cọc , có xét đến giảm chiều dài cọc................................................................127

19. xix
Hình 4.26. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử PP RAS mô phỏng 8
hàng cọc , có xét đến giảm chiều dài cọc................................................................128
Hình 4.27. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây ứng với đợt đào cuối (-
12.55m) khi sử dụng PP RAS ...............................................................................131
Hình 4.28. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây ứng với đợt đào cuối (-
12.55m) khi sử dụng PP EMS................................................................................132
Hình 4.29 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây ứng với đợt đào cuối (-
12.55m) khi sử dụng PP RAS có xét đến giảm chiều dài cọc................................135
Hình 4.30. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 2 hàng cọc......................................................................................136
Hình 4.31. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 3 hàng cọc......................................................................................136
Hình 4.32. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 4 hàng cọc......................................................................................137
Hình 4.33. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 5 hàng cọc......................................................................................137
Hình 4.34. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 6 hàng cọc......................................................................................138
Hình 4.35. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 7 hàng cọc.....................................................................................138
Hình 4.36. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 8 hàng cọc......................................................................................139
Hình 4.37. So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 9 hàng cọc.....................................................................................139
Hình 4.38 So sánh kết quả chuyển vị ngang tường vây khi sử dụng PP EMS và PP
RAS mô phỏng 10 hàng cọc...................................................................................140

20. 1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Chuyển vị ngang quá mức của tường vây là nguyên nhân gây thiệt hại cho
các tòa nhà lân cận. Do đó, bắt buộc phải giảm thiểu tối đa chuyển vị tường vây
trong quá trình đào hầm là mối quan tâm hàng đầu để bảo vệ sự ổn định của tòa nhà
liền kề.
Ở nước ta, đặc biệt là ở các thành phố lớn như Hà Nội và TP Hồ Chí Minh,
nhà cao tầng đã xuất hiện rất nhanh chóng. Công trình được phát triển lên cao hơn
và một phần được đưa sâu vào lòng đất. Điều này là một xu thế chính trong quá
trình hiện đại hóa các thành phố lớn
Với chính sách mở rộng đô thị về các Quận 2 và Quận 7 vốn là những vùng
đất yếu của khu vực Tp.Hồ Chí Minh thì việc xây dựng các công trình có tầng hầm
phục vụ mục đích đô thị hoá các khu vực này là vấn đề được đặt ra. Việc xây dựng
tầng hầm trong các khu vực đất tốt đã phức tạp thì việc xây dựng trong các khu vực
đất yếu thì càng khó khăn hơn vì chuyển vị ngang của các tường vây tầng hầm trong
quá trình đào hầm thường rất lớn gây mất ổn định cho hố đào và công trình xung
quanh.Tuy nhiên việc tìm kiếm các giải pháp để khắc phục vấn đề này rất phức tạp
vì không thể ước lượng chính xác tuyệt đối chuyển vị ngang của tường vây. Nguyên
nhân của việc kém chính xác trong phân tích chuyển vị ngang của tường vây là kết
quả phân tích bị tác động bởi nhiều yếu tố mà ta không kiểm soát được hết.
Sử dụng giải pháp chống đỡ hố đào sâu để đảm bảo sự an toàn cho công trình
lân cận trong lớp đất yếu thì có thể phải dùng tường vây bằng bê tông cốt thép chiều
dày lớn gây nên sự tốn kém . Một giải pháp đặt ra là dùng tường bê tông có chiều
dày không lớn kết hợp với cọc xi măng đất , vừa đảm bảo được ổn định và tiết kiệm
chi phí. Dựa trên những lý do đó đề tài “ Nghiên cứu ứng xử tường vây tầng hầm
gia cường bằng cọc xi măng đất ” đã được hình thành.

21. 2
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Mục đích của phương pháp dùng cọc xi măng đất gia cường khu vực hố đào
sâu là để giảm chuyển vị ngang tường vây trong hố đào.
Phương pháp này tương đối dễ dàng thi công, nên được áp dụng ở nhiều
nước trên thế giới. Tuy nhiên phương pháp phân tích và ý tưởng thiết kế vẫn còn
đánh giá cao kinh nghiệm và thiếu phương án thiết kế rõ ràng vào thời điểm này.
Việc phân tích vấn đề này đòi hỏi một khối lượng tính toán lớn , nên phương pháp
phần tử hữu hạn được sử dụng.
Từ kết quả quan trắc thực tế của công trình thật sẽ được đem so sánh với kết
quả mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn để chứng minh tính hợp lý và
hiệu quả của mô hình có sử dụng cột xi măng đất , gia cố trong hố đào.
Đề tài tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của vị trí cột xi măng đất , khoảng
cách giữa các cột, độ sâu gia cố đến kết quả chuyển vị tường vây.
3. Ý nghĩa và giá trị thực tiễn của đề tài
Giới thiệu thêm một giải pháp mới giúp bảo vệ các hố đào sâu xây chen
trong thành phố, khi các biện pháp chống đỡ thông thường không có hiệu quả hoặc
tốn kém
Đề tài sẽ là tài liệu tham khảo bổ ích cho các kỹ sư khi thiết kế hố đào sâu
tương tự về mô phỏng, sử dụng giải pháp gia cường cọc xi măng đất để chống
chuyển vị hố đào.
4. Phương pháp nghiên cứu
Khảo sát thu thập các số liệu quan trắc tường vây tầng hầm ở khu vực TP.
HCM
Tiến hành mô phỏng các công trình trên để tìm ra mô hình tính toán phù hợp

22. 3
Tiến hành mô hình hố đào gia cố bằng cọc xi măng đất với nhiều phương án
khác nhau về cách bố trí và độ sâu gia cố bằng mô hình đã lựa chọn ở trên để đề ra
phương án hợp lý và đánh giá các yếu tố tác động
5. Nội dung nghiên cứu
Luận văn này trình bày ứng dụng của phương pháp gia cường cọc xi măng
đất để giảm chuyển vị ngang tường vây trong quá trình thi công tầng hầm. Trong
phương pháp này một phần khối lượng đất trong khu vực hố đào được thay thế bằng
cọc xi măng đất , trong nỗ lực để tăng sức kháng bị động của đất , như là một biện
pháp hiệu quả để hạn chế chuyển vị ngang tường vây . Sơ bộ về nội dung nghiên
cứu đề tài , tác giả tập trung chủ yếu vào các nội dung sau.
Chương 1: Từ những nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước , tác giả
đã tổng hợp và giới thiệu tổng quan về các vấn đề hố đào sâu đưa ra cái nhìn tổng
thể , những điều còn hạn chế và tiếp tục nghiên cứu.
Chương 2: Tổng hợp những nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước ,
tác giả giới thiệu tổng quan về cọc xi măng đất ,các ứng dụng cọc xi măng đất trong
hố đào sâu ,đưa ra cái nhìn tổng thể , những điều còn hạn chế và tiếp tục nghiên cứu
Chương 3: Để đáp ứng được việc tính toán và nghiên cứu , tác giả đã đi sâu
tìm hiểu những cơ sở lý thuyết làm nền tảng, đưa ra được thông số mô hình hợp lý
Chương 4: Tương quan tính toán công trình thực tế bằng các mô hình phần
tử hữu hạn và kết quả quan trắc thực tế , từ đó rút qua kết luận và đề xuất giải pháp
Kết luận và kiến nghị .
6. Hạn chế của đề tài
Do khuôn khổ của một luận văn thạc sỹ nên đề tài chưa đánh giá hết được
ảnh hưởng của các mô hình, các phương pháp phân tích đến những vấn đề khác của
hố đào sâu như lún sau lưng tường, ổn định đáy hố đào…
Đề tài này chưa đánh giá được hết ảnh hưởng của các mô hình khác ngoài
Morh-Coulomb và Hardening Soil và các nhân tố khác ngoài nhân tố mô hình và

23. 4
phương pháp phân tích đến kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong
hố đào sâu ở khu vực đất yếu Tp.Hồ Chí Minh.
Ngoài ra đề tài cũng chỉ xét đến phương pháp gia cố đất trong hố đào bằng
các cọc xi măng, mà chưa xét đến các kiểu gia cố khác như: kiểu tường, hay dạng
toàn khối…

24. 5
CHƯƠNG 1 . TỔNG QUAN VỀ PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ
NGANG CỦA TƯỜNG VÂY TRONG HỐ ĐÀO SÂU
1.1 Đặc điểm hố đào sâu
Công tác hố đào sâu là loại công tác có giá thành cao, khối lượng công việc
lớn , kỹ thuật phức tạp ,sự cố hay xảy ra , là một khâu khó về mặt kỹ thuật , đồng
thời cũng là trọng điểm để hạ thấp giá thành và bảo đảm chất lượng công trình.
Đào hố móng cho các công trình tầng hầm trong điều kiện đất yếu , mực
nước ngầm cao và nhiều điều kiện thường phức tạp khác , rất dễ sinh ra mất ổn định
hố đào , phình trồi đáy hố đào, kết cấu chắn giữ bị hư hỏng nặng…. làm hư hại hố
móng , ảnh hưởng nghiêm trọng các công trình ngầm và đường ống xung quanh.
Vì vậy bài toán ổn định hố đào sâu , đòi hỏi người kỹ sư thiết kế phải có kinh
nghiệm trong việc phân tích và lựa chọn giải pháp tường chắn đủ cứng để chống lại
sự phá hoại kết cấu và chuyển vị ngang quá mức .
1.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào
sâu
Các nhân tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu
được chia ra làm ba nhóm chính (Kung 2009) [14]:
- Nhóm các nhân tố liên quan đến vấn đề thiết kế:
x Độ cứng của hệ thống chống đỡ bao gồm độ cứng của tường vây, độ
cứng của hệ thống thanh chống, chiều dài của tường vây…
x Hình dạng của hố đào: chiều rộng, chiều sâu, dạng hình học của hố đào
x Sự tạo ứng suất trước trong hệ thống thanh chống
x Sự cải thiện đất nền công trình như các biện pháp phụt vữa, trộn vữa xi
măng … nhầm nâng cao khả năng chịu lực và giảm sự biến dạng của
đất nền.

25. 6
- Nhóm các nhân tố liên quan đến vấn đề thi công:
x Các phương pháp thi công khác nhau như: Top down, Semi Topdown,
Bottom Up
x Việc đào quá sâu để thi công hệ thống thanh chóng cũng ảnh hưởng đến
chuyển vị ngang của tường vây
x Các giai đoạn thi công trước đó như ảnh hưởng của việc đào hố móng
thi công tường vây cũng ảnh hưởng đến chuyển vị tường
x Thời gian của các giai đoạn thi công: thời gian thi công ảnh hưởng khá
lớn đến chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu đặc biệt trong
nền đất sét vì liên quan đến vấn đề cố kết và từ biến
x Tay nghề của đội công nhân thi công công trình. Điều này cũng được
Peck (1969) bàn đến.
- Nhóm các nhân tố cố hữu:
x Nhân tố địa chất: tính chất cơ lý của đất nền quyết định khả năng chịu
lực và biến dạng của đất nền, lịch sử chịu lực của đất nền, mực nước
ngầm…
x Nhân tố các công trình xung quanh công trình hố đào sâu như các nhà
cao tầng xung quanh, các công trình giao thông và mật độ giao thông
xung quanh công trình …
- Ngoài ra Chang-Yu Ou (2006) [5] cũng đã nêu lên những nhân tố ảnh hưởng
đến chuyển vị ngang của tương vây trong hố đào sâu bao gồm: sự mất cân bằng lực,
độ cứng của tường vây, hệ thống hỗ trợ và hệ số an toàn…. Trong đó sự mất cân
bằng lực bao gồm những nhân tố như: chiều sâu của hố đào, chiều rộng của hố đào
và lực nén trước trong các thanh chống…. Những nhân tố được Ou bàn đến ở đây là
những nhân tố liên quan đến vấn đề thiết kế theo như phân loại của Kung (2009).

26. 7
1.2.1 Ảnh hưởng của hệ số an toàn chống trồi đáy
Hệ số an toàn đã được Clough và O’Rourke (1990) [5] bàn đến trong nghiên
cứu ảnh hưởng của nó đến chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu. Bằng
cách phân tích nhiều trường hợp trong quá khứ Clough và O’Rourke đã đưa ra mối
tương quan giữa hệ số an toàn chống trồi đáy, độ cứng của tường vây và hệ thống
chống đỡ với chuyển vị ngang lớn nhất của tường thông qua biểu đồ sau:
Hình 1.1 Mối tương quan giữa hệ số an toàn chống trồi đáy, độ cứng của tường vây
và hệ thống chống đỡ với chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây (ሺࡱࡵሻȀ
ሺࢽ࢝ࢎࢇ࢜ࢍ
૝
ሻ đại diện là độ cứng của hệ thống tường chống đỡ, Fb hệ số an toàn
chống trồi đáy), Clough và O’Rourke (1990)
Clough và O’Rourke (1990) đưa ra kết luận rằng trong một hố đào sâu điển
hình thì chuyển vị ngang của tường tỷ lệ thuận với chiều rộng của hố đào sâu. Điều
này được giải thích là khi chiều rộng của hố đào càng lớn thì sự mất cân bằng lực
càng chênh lệch do đó chuyển vị ngang của tường càng lớn. Hơn nữa, trong đất sét

27. 8
yếu thi chiều rộng của hố đào càng lớn thì hệ số an toàn chống trồi đáy càng giảm vì
vậy chuyển vị ngang càng lớn.
1.2.2 Ảnh hưởng của chiều sâu hố đào
Trong mối liên hệ giữa chiều sâu hố đào với chuyển vị ngang của tường vây
trong hố đào sâu đã được Ou và các đồng sự (1993) nghiên cứu thông qua phân tích
các công trình hố đào sâu trong khu vực Đài Bắc. Theo kết quả của nghiên cứu này
thì chuyển vị ngang lớn nhất trong các tường vây hố đào sâu khoảng từ 0.2-0.5%
chiều sâu hố đào: ߜ௛௠ ൌሺͲǤʹ െ ͲǤͷΨሻ‫ܪ‬௘ (Hình 1.2)
Hình 1.2 Mối tương quan giữa chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây với chiều
sâu của hố đào (Ou và các đồng sự, 1993)

28. 9
1.2.3 Ảnh hưởng của chiều sâu ngàm tường
Hình 1.3 Chiều sâu ngàm tường Hp ,Chang Yu Ou (2006)
Chang Yu Ou (2006) [5] đã đề cập đến mối liên hệ giữa chiều sâu cắm tường
vây (Hp) đến chuyển ngang của tường vây. Tác giả đã tiến hành phân tích chuyển vị
ngang của tường vây trong 1 hố đào sâu 20m bằng phương pháp phần tử hữu hạn.
Khi sức kháng thông thường của đất nền là ‫ݏ‬௨Ȁߪ௩
ǡ
ൌ ͲǤ͵͸ , chiều sâu ngàm chân
tường Hp=20m và 15m thì chuyển vị ngang của tường tương tự nhau. Khi giảm
chiều sâu Hp=10m thì chuyển vị ngang của tường có thay đổi một ít nhưng tường
vẫn đảm bảo ổn định. Khi Hp= 4m thì tường bị hiện tượng đá chân (phá hoại) lúc đó
chuyển vị ngang của tường tăng lên nhanh chóng.Trong trường hợp ‫ݏ‬௨Ȁߪ௩
ǡ
ൌ ͲǤʹͺ
với trường hợp chiều sâu ngàm tường Hp= 15m thì chuyển vị ngang của tường có
lớn hơn không đáng kể so với trường hợp Hp=20m và tường bị phá hoại khi
Hp=10m lúc đó chuyển vị ngang của tường tăng lên nhanh chóng. Do đó khi tường
đã ở trạng thái ổn định thì chiều sâu ngàm của chân tường ảnh hưởng không đáng
kể đến chuyển vị ngang của tường.

29. 10
Hình 1.4 Tương quan giữa chiều sâu ngàm tường và chuyển vị ngang của tường
(Chang Yu Ou 2006)
1.2.4 Ảnh hưởng của độ cứng tường và phân bố đất tốt - đất yếu.
Về cơ bản thì khi tăng độ cứng của tường thì sẽ giảm chuyển vị ngang của
tường, tuy nhiên mối liên hệ không phải là tuyến tính và chỉ gia tăng trong một
khoảng nhất định do đó việc gia tăng độ cứng cho tường để giảm chuyển vị ngang
của tường là không thật khả quan (Hsieh, 1999). Khi chưa lấp các thanh chống thì
tường sẽ chuyển vị như một dầm hẫng (cantilever type), khi đã lấp thanh chống, độ
cứng của thanh chóng đủ lớn thì tường sẽ chuyển vị dạng xoay quanh điểm tiếp
giáp giữa tường và thanh chống và chuyển vị ngang lớn nhất của tường sẽ gần đáy
hố đào. Nếu lớp đất tại vị trí đáy hố đào là đất yếu thì chuyển vị ngang lớn nhất của
tường sẽ nằm dưới đáy hố đào ngược lại khi lớp đất ngay tại đáy hố đào là lớp đất
tốt thì thì chuyển vị ngang lớn nhất của tường sẽ nằm trên đáy hố đào. Khi độ cứng
của hệ thống thanh chống không đủ lớn thì chuyển vị ngang của tường có dạng dầm

30. 11
hẫng (cantilever type) và trong trường hợp này thì chuyển vị lớn nhất của tường là
ngay tại vị trí đỉnh tường (Chang Yu Ou, 2006)
Hình 1.5 Dạng chuyển vị của tường trong trường hợp độ cứng thanh chống đủ lớn.
(a) giai đoạn đào chưa có thanh chống, (b) giai đoạn có thanh chống, (c) giai đoạn
lấp nhiều tầng thanh chống ,Chang Yu Ou (2006)
Hình 1.6 Dạng chuyển vị của tường trong trường hợp độ cứng thanh chống không
đủ lớn. (a) giai đoạn đào chưa có thanh chống, (b) giai đoạn có thanh chống, (c) giai
đoạn lấp nhiều tầng thanh chống, Chang Yu Ou (2006)
1.3 Các phương pháp phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào
sâu
Theo Chang Yu Ou (2006) [5] thì có 3 phương pháp phân tích chuyển vị
ngang của tường vây trong hố đào sâu: phương pháp giản đơn (Simplified Method),

31. 12
phương pháp dầm trên nền đàn hồi (Beam on Elastic Foundation Method) và
phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method)
1.3.1 Phương pháp giản đơn
Phương pháp giản đơn dựa trên những trường hợp trong qua khứ để xây dựng
nên những biểu đồ về mối quan hệ giữa các nhân tố khác nhau với chuyển vị ngang
của tường vây. Ou và các đồng sự (1993) đã xây dựng mối liên hệ giữa chuyển vị
ngang lớn nhất và chiều sâu của hố đào trong đó đưa ra những trường hợp cho đất
sét và đất cát (Hình 1.2) . Clough và O’Rourke (1990) cũng đã dựa trên những công
trình hố đào sâu trong khu vực Đài Bắc để xây dựng nên biểu đồ tương quan giữa
chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây với hệ số an toàn chống trồi đáy độ cứng
của tường vây và hệ thống chống đỡ (Hình 1.1) .
Những biểu đồ trên có thể sử dụng để dự đoán được sơ bộ chuyển vị của
tường vây trong trường hợp tương tự. Do đó ta cũng nhận thấy được những hạn chế
to lớn của phương pháp giản đơn vì chuyển vị ngang của tường vây là tổng hợp tác
động của nhiều nhân tố nhưng những biểu đồ trên chỉ xây dựng trên những nhân tố
hạn chế dẫn đến sự thiếu chính xác. Mặt khác chuyển vị ngang của tường bị ảnh
hưởng to lớn bởi điều kiện địa chất nhưng những biểu đồ trên được các tác giả xây
dựng trên những nghiên cứu các công trình trong một khu vực nhất định do đó khi
đem những biểu đồ này áp dụng cho những công trình ở những khu vực khác thì kết
quả có độ tin cậy thấp.

32. 13
1.3.2 Phương pháp dầm trên nền đàn hồi và phương pháp phần tử hữu hạn
Hình 1.7 Phương pháp ứng suất phụ thuộc
Phương pháp dầm trên nền đàn hồi và phương pháp phần tử hữu hạn là hai
phương pháp thông dụng trong phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố
đào sâu. Ưu điểm của hai phương pháp này chính mô phỏng gần trọn vẹn những
nhân tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu. Mặt khác
hai phương pháp này có thể ứng trong các phần mềm máy tính để giảm khối lượng
và thời gian tính toán nhưng kết quả thu được chính xác hơn. Tuy nhiên lý thuyết cơ
bản của hai phương pháp này thì không thật sự đơn giản đặc biệt là phương pháp
phần tử hữu hạn do đó người phân tích không những phải có kiến thức cơ bản vững
vàng mà còn phải có kinh nghiệm thực tế.
Việc so sánh hai phương pháp dầm trên nền đàn hồi và phương pháp phần tử
hữu hạn trong việc phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu đã
được một số tác giả nghiên cứu. M.Mitew (2005) [18] đã sử dụng phương pháp ứng
suất phụ thuộc (Depending pressure method) và phương pháp phần tử hữu hạn
(FEM) để tiến hành phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong một hố đào sâu.
Phương pháp ứng suất phụ thuộc là một dạng của phương pháp dầm trên nền
đàn hồi dựa trên ý tưởng là mô phỏng mối liên hệ giữa đất nền và tường bằng hệ
thống những lò xo có độ cứng là Kh, tường được xem là một dầm đàn hồi. Chuyển
vị ngang của tường được xác định thông qua việc giải bài toán dầm trên những gối

33. 14
tựa lò xo có độ cứng là Kh với tải trọng là áp lực đất nền. Vấn đề cần giải quyết
trong phương pháp này là xác định hệ số Kh. Trong nghiên cứu này M.Mitew đã tính
toán Kh theo 3 phương pháp của Terzaghi (1955), Menard and Bourdon (1964) và
Monnet (1994) sử dụng phần mềm Geo-FEM trong phân tích. Trong phương pháp
phần tử hữu hạn M.Mitew đã sử dụng mô hình Mohr-Coulomb trong phần mềm
Plaxis 2D để phân tích. Độ cứng của đất nền được M.Mitew chia ra làm bốn trường
hợp; FEM 1: độ cứng đất nền dựa theo tiêu chuẩn Ba Lan, FEM 2: độ cứng đất nền
dựa theo những nghiên cứu trước đó, FEM 3: độ cứng đất nền dựa vào kết quả khảo
sát địa chất, FEM 4: độ cứng đất nền dựa vào kết quả đo đạc ứng suất tại hiện
trường.
Tất cả những kết quả phân tích được so sánh với kết quả quan trắc tại hiện
trường. M.Mitew đã nhận xét việc tính toán bằng phương pháp ứng suất phụ thuộc
cho kết quả rất biến động vì phụ thuộc nhiều vào cách xác định hệ số Kh. Trong khi
đó việc tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn cho kết quả tính ít biến động
và gần sát với kết quả quan trắc. Tuy nhiên M.Mitew cũng lưu ý khâu quan trọng
khi tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn là lựa chọn mô hình nền và thông
số của mô hình.
Bảng 1.1 Chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây khi phân tích bằng những
phương pháp khác nhau so sánh với kết quả quan trắc, M.Mitew (2005)
Phương pháp ứng suất phụ
thuộc
Phương Pháp phần tử hữu hạn
Kết
quả
quan
trắc
Chuyển
vị
ngang
lớn
nhất
(mm)
Terzaghi
(1955)
Menard
and
Bourdon
(1964)
Monnet
(1994)
FEM 1 FEM 2 FEM 3 FEM 4
9.2 9.7 18.9 12.1 12.8 11.7 11.1 12.3

34. 15
A. Krasinski và M. Urban (2011) [1] đã tiến hành phân tích một hố đào sâu
bằng hai phương pháp : phương pháp mô phỏng tương tác giữa nền và tường là hệ
thống các lò xo đàn hồi (cải tiến mô hình nền của Winkle) với sự hỗ trợ của phần
mềm OGW (Obudowy Głebokich Wykopów – Deep Excavation Walls) và phương
pháp phần tử hữu hạn sử dụng Plaxis 2D với mô hình nền là Hardening Soil Model..
Công trình trong nghiên cứu là một hố đào sâu 10m tường dài 12m, đất nền là đất
cát tốt cố kết thường không bão hoà. Giải pháp chống đỡ thành vách được giả thiết
là hai trường hợp: tường bê tông chống đỡ bằng neo, tường cừ larsen chống đỡ bằng
thanh chống
Kết quả phân tích chuyển vị bằng 2 phương pháp như sau:
(a)

35. 16
(b)
Hình1.8. Chuyển vị ngang của tường vây khi phân tích bằng hai phương pháp (a)
trong trường hợp là Diapharm wall (b) là trường hợp Sheet Pile, Krasinski và M.
Urban (2011). Với Ux(mm): là chuyển vị ngang , ࢽ (m) : là độ sâu tính từ miện hố
đào
A. Krasinski và M. Urban nhận xét có sự khác biệt đáng kể khi tiến hành phân
tích bằng hai phương pháp trên. Việc mô phỏng ứng xử của nền với tường như một
dầm trên nền những lò xo đàn hồi đã bộc lộ những thiếu sót vì những lò xo đàn hồi
này không mô tả được hết những hiện tượng vật lý phức tạp trong mối liên hệ giữa
tường và đất. Tuy nhiên tác giả cũng nhận xét rằng cả hai phương pháp này cho ra
kết quả phân tích có khác nhau nhưng để xác định phương pháp nào cho kết quả
đáng tin cậy hơn cần kiểm chứng với số liệu quan trắc thực tế.
1.4 Phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu bằng phương
pháp phần tử hữu hạn
Phương pháp phần tử hữu hạn ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong việc
giải quyết những bài toán của kỹ thuật nói chung và địa kỹ thuật nói riêng. Như

36. 17
trình bày ở 1.2 thì ưu điểm của phương pháp phần tử hữu hạn là khả năng ứng dụng
vào các phần mềm máy tính giúp giải phóng người kỹ sư khỏi những tính toán toán
học phức tạp cũng như khả năng mô phỏng gần như mọi yếu tố tác động đến kết
quả bài toán. Tuy nhiên việc hiểu biết và sử dụng đúng đắn phương pháp phần tử
hữu hạn để phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu là một điều
không phải đơn giản. Trong phần này, một số nghiên cứu của các tác giả trong và
ngoài nước về vấn đề phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu
bằng phương pháp phần tử hữu hạn
1.4.1 Ảnh hưởng mô hình nền đến kết quả chuyển vị ngang tường vây
Vấn đề lựa chọn mô hình nền khi phân tích chuyển vị ngang của tường vây
trong hố đào sâu là một vấn đề cần bàn luận. Các mô hình nền khác nhau thì dựa
trên những lý thuyết và những giả thiết khác nhau do đó kết quả thu được sẽ ít nhiều
khác biệt. Helmut F. Schweiger (2007) [34] đã phân tích ảnh hưởng của việc lựa
chọn mô hình nền đến kết quả phân tích bài toán hố đào sâu bằng sự hỗ trợ của
phần mềm Plaxis 2D. Nghiên cứu được thực hiện trên 1 hố đào sâu 16.8m được giữ
ổn định bằng tường vây sâu 32m kết hợp với neo trong đất trên nền cát. Helmut F.
Schweiger sử dụng mô hình Hardening Soil Model làm mô hình chuẩn (reference
solution) để so sánh với kết quả khi phân tích bằng mô hình Morh-Coulomb với hai
trường hợp MC 3: E=‫ܧ‬ହ଴
௥௘௙
, MC 4: E=‫ܧ‬௨௥
௥௘௙
. Helmut F. Schweiger nhận xét tuy dạng
của các đường cong chuyển vị ngang là tương tự nhau nhưng giá trị chuyển vị
ngang rất khác biệt. Đồng thời khi so sánh với kết quả quan trắc, mô hình
Hardening Soil cho chuyển vị ngang hợp lý hơn. Điều này chứng tỏ mô hình Morh-
Coulomb quá đơn giản để có đủ khả năng giải quyết các vấn đề phức tạp của hố đào
sâu.

37. 18
Bảng 1.2 Thông số đầu vào mô hình Hardening Soil, Helmut F. Schweiger (2007)
Chiều sâu phân bố các lớp đất Lớp 1: 0-20m Lớp 2: 20-40m Lớp 3: 40m
‫ܧ‬ହ଴
௥௘௙
(KPa) 45000 75000 105000
‫ܧ‬௨௥
௥௘௙
(KPa) 180000 300000 315000
‫ܧ‬௢௘ௗ
௥௘௙
(KPa) 45000 75000 105000
߮ 35 38 38
߰ 5 6 6
C (KPa) 1 1 1
ߥ௨௥ 0.2 0.2 0.2
pref 100 100 100
m 0.55 0.55 0.55
Rf 0.9 0.9 0.9
Rinter 0.8 0.8 0.8
Bảng 1.3 Thông số đầu vào mô hình Morh-Coulomb, Helmut F. Schweiger (2007)
Chiều sâu phân bố các lớp đất Lớp 1: 0-20m Lớp 2: 20-40m
Lớp
3: 40m
‫ܧ‬ெ஼ଷ
௥௘௙
(KPa) 45000 75000 105000
‫ܧ‬ெ஼ସ
௥௘௙
(KPa) 180000 300000 315000
߮ 35 38 38
߰ 5 6 6
C (KPa) 1 1 1
ߥ 0.3 0.3 0.3
Rf 0.9 0.9 0.9
Rinter 0.8 0.8 0.8

38. 19
Hình 1.9. Chuyển vị ngang của tường khi phân tích với mô hình chuẩn Hardening
Soil Model và mô hình Morh-Coulomb MC3, MC4 so sánh với kết quả quan trắc,
Helmut F. Schweiger (2002)

39. 20
Lumir Mica và các đồng sự (2010) [17] cũng đã thực hiện nghiên cứu về ảnh
hưởng của các mô hình nền đến kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường vây
trong hố đào sâu bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Lumir Mica và các đồng sự
đã tiến hành phân tích một hố đào sâu 30m chống đỡ bằng tường vây bê tông dày
0.8m kết hợp với 7 tầng thanh chống, đất nền chủ yếu là đất sét (Brno, Czech
Republic). Năm mô hình nền đã được sử dụng: Standard Moh-Coulomb model
(MC), Hardening soil model (HS), Hardening soil small strain model (HSS),
Hypoplastic basic model (HC) và Hypoplastics model for clays with intergranular
strain (HCis) để mô phỏng ứng xử của lớp đất sét (ảnh hưởng lớn đến kết quả phân
tích), các lớp đất còn lại được mô phỏng bằng mô hình Morh-Coulomb (ít ảnh
hưởng đến kết quả phân tích).
x
x Với sự hỗ trợ của phần mềm Plaxis 2D V9, kết quả phân tích chuyển vị
ngang của tường vây trong các giai đoạn thi công với các mô hình nền khác
nhau được so sánh với nhau và so sánh với kết quả quan trắc bằng thiết bị đo
nghiêng của tường Inclinometer INK 20.
x Kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường ở những giai đoạn đầu khi tiến
hành đào chưa sâu luôn lớn hơn nhiều kết quả quan trắc. Điều này là do kết
quả phân tích bị ảnh hưởng bởi những lớp đất bên trên được mô phỏng bằng
mô hình MC, các thông số của mô hình này được lấy từ kết quả khảo sát địa
chất và chưa qua hiệu chỉnh nên giá trị rất nhỏ làm kết quả phân tích chuyển
vị lớn.
x Khi tiến hành đào sâu xuống dưới thì ảnh hưởng của những lớp đất này ít đi
và kết quả phân tích và quan trắc tương đối khớp với nhau. Kết quả phân tích
từ hai mô hình HSS và HCis là tốt nhất gần sát với kết quả quan trắc trong
khi kết quả phân tích từ hai mô hình HS và HC (không thể hiện được ứng xử
biến dạng nhỏ) cho kết quả lớn hơn. Điều này chứng tỏ việc bỏ qua ứng xử
biến dạng nhỏ của đất nền làm sai lệch kết quả phân tích. Tuy nhiên sự sai
lệch từ việc phân tích bằng hai mô hình HS và HC là có thể chấp nhận được
do đó việc ứng dụng hai mô hình này trong việc phân tích chuyển vị ngang

40. 21
của tường vây trong hố đào sâu là có thể chấp nhận. Mô hình cho kết quả
phân tích kém nhất là mô hình MC, muốn nâng cao khả năng phân tích của
mô hình này thì Lumir Mica và các đồng sự đề nghị nên hiệu chỉnh thông số
đầu vào của mô hình từ các kết quả khảo sát địa chất
(a) (b)
Hình 1.10 Chuyển vị ngang của tường vây khi phân tích bằng các mô hình khác
nhau và kết quả quan trắc. (a) đào đến độ sâu 0.8m đặt tầng thanh chóng đầu tiên tại
độ sâu 0.3m, (b) đào đến độ sâu 29,5m, lấp 7 tầng thanh chóng và thi công đáy hầm,
Lumir Mica và các đồng sự (2010)
Aswin Lim và các đồng sự (2010) [2] tiến hành phân tích ứng xử của một hố
đào sâu 19.8m tường vây dài 35m thi công bằng phương pháp TopDown kết hợp
với hệ thanh chống. Sử dụng phần mềm Plaxis với năm mô hình nền khác nhau:

41. 22
Modified Cam Clay Model, Hardening Soil Model, Hardening Soil with Small
Train Model, Morh-Coulomb với φ=0 và mô hình sét yếu không thoát nước (the
undrained soft clay model) (Hsieh et al. 2010). So sánh Kết quả phân tích trên các
mô hình nền khác nhau với kết quả quan trắc, Aswin Lim và các đồng sự đã đi đến
những kết luận sau:
x Khi sử dụng mô hình Modified Cam Clay để phân tích chuyển vị ngang của
tường vây trong hố đào sâu với các thông số có được từ kết quả thí nghiệm,
chuyển vị ngang phân tích được luôn nhỏ hơn kết quả quan trắc. Nếu hiệu
chỉnh tỷ sốߢ ߣ
Τ để cho trong giai đoạn cuối cùng kết quả phân tích khớp với
kết quả quan trắc thì những giai đoạn trước đó kết quả phân tích lại lớn hơn
kết quả quan trắc
x Khi sử dụng mô hình Hardening Soil, Hardening Soil with Small Train thì
trong giai đoạn cuối cùng chuyển vị ngang của tường phân tích khá khớp với
kết quả quan trắc, tuy nhiên trong các giai đoạn trước đó thì kết quả phân tích
lại lớn hơn kết quả quan trắc.
x Với mô hình Morh-Coulomb φ=0, tỷ số Eu/Su được điều chỉnh sao cho trong
giai đoạn cuối kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường và kết quả quan
trắc khớp nhau thì những giai đoạn đầu dạng đường chuyển vị phân tích được
rất khác với kết quả quan trắc. Điều này chứng tỏ mô hình này không có khả
năng phân tích chính xác chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu.
x Với mô hình sét yếu không thoát nước kết quả phân tích chuyển vị ngang của
tường khá tốt so với kết quả quan trắc.
Ngô Đức Trung, Võ Phán (2011) [20] phân tích ảnh hưởng của các mô hình
nền đến kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường vây công trình Trạm bơm lưu
vực Nhiêu Lộc Thị Nghè, Thành phố Hồ Chí Minh. Phân tích được thực hiện với sự
hỗ trợ của phần mềm Plaxis 2D trên hai mô hình nền là Morh-Coulomb và
Hardening Soil. So sánh với kết quả quan trắc, tác giả nhận xét mô hình Morh-
Coulomb cho kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường lớn hơn so với mô hình

42. 23
Hardening Soil. Việc sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn với mô hình Hardening
Soil cho kết quả phù hợp với thực tế hơn khi sử dụng mô hình Morh-Coulomb
1.4.2 Giới hạn vùng mô hình khi phân tích hố đào sâu bằng phần mềm Plaxis
Để mô hình có khả năng đưa ra biến dạng và sự phân bố ứng suất đáng tin cậy,
giới hạn vùng mô hình cũng cần phải hợp lý. Sự hợp lý ở đây được hiểu là vùng mô
hình phải đủ lớn để có thể bao trùm hết được những tác động tương hỗ giữa hố đào
sâu với đất nền xung quanh. K.J. Bakker (2005) [12] đã đưa ra đề nghị giới hạn
vùng mô hình khi phân tích hố đào sâu bằng phần mềm Plaxis. Theo K.J. Bakker
giới hạn vùng mô hình phụ thuộc vào chiều rộng hố đào, chiều sâu hố đào và chiều
dài của tường vây. Helmut F. Schweiger (2002) nghiên cứu ảnh hưởng của giới hạn
vùng mô hình đến kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường vây. Helmut F.
Schweiger đã phân tích một hố đào sâu với giới hạn vùng mô hình khác nhau. Từ
kết quả, Helmut F. Schweiger nhận xét giới hạn vùng mô hình một khi đã đạt đến
kích thước hợp lý thì việc mở rộng giới hạn vùng mô hình ảnh hưởng không đáng
kể đến kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào.
Hình 1.11 Giới hạn vùng mô hình khi phân tích hố đào sâu bằng Plaxis, K.J.
Bakker (2005)

43. 24
Hình 1.12 Chuyển vị ngang của tường vây trong các trường hợp phạm vi mô hình
nền khác nhau, W,D chiều rộng và chiều sâu vùng hình, Helmut F. Schweiger
(2002)
1.4.3 Thông số của mô hình nền khi phân tích hố đào bằng phần mềm Plaxis
Mỗi mô hình nền đi kèm theo nó là một bộ thông số mà người sử dụng phải
xác định để làm dữ liệu phân tích các bài toán. Mô hình càng phức tạp thì thì mức
độ chính xác càng cao nhưng kèm theo đó là càng nhiều thông số cần phải được xác
định cho mô hình. Việc xác định chính xác toàn bộ các thông số cho mô hình nền là
một điều khó khăn. Do đó tuỳ theo mục đích phân tích mà cần phải xác định chính
xác thông số nào sẽ ảnh hưởng nhiều nhất đến kết quả phân tích. .

44. 25
1.4.3.1 Ảnh hưởng của thông số độ cứng E
B. Gebreselassie, H.G. Kempfert (2006) [19] tiến hành phân tích độ nhạy của
các thông số của mô hình Hardening Soil đến kết quả phân tích ứng xử của một hố
đào sâu trong nền sét cố kết thường. Các thông số mà B. Gebreselassie, H.G.
Kempfert tiến hành phân tích độ nhạy là ߥ௨௥ǡ ‫ܭ‬଴
௡௖
ǡ ‫ܧ‬ହ଴
௥௘௙
ǡ ‫ܧ‬௢௘ௗ
௥௘௙
ǡ ‫ܧ‬௨௥
௥௘௙
ǡ ܴ௙. Quá trình
phân tích độ nhạy của các thông số được thực hiện bằng cách thay đổi một thông số
trong khi vẫn cố định các thông số còn lại, kết quả phân tích trong từng trường hợp
được so sánh với nhau để rút ra kết luận. Theo như nghiên cứu của B.
Gebreselassie, H.G. Kempfert thông số nhạy nhất với kết quả phân tích chuyển vị
ngang của tường vây tầng hầm là thông số ‫ܧ‬ହ଴
௥௘௙
. Chuyển vị ngang lớn nhất của
tường vây thay đổi 45 đến -24% khi khoảng biến động của ‫ܧ‬ହ଴
௥௘௙
dao động ±50%.
Nhân tố ‫ܭ‬଴
௡௖
cũng có ảnh hưởng đáng kể đến chuyển vị ngang của tường vây trong
hố đào sâu.
Ngô Đức Trung , Võ Phán (2011) [20] phân tích độ nhạy của thông số mô-đun
dỡ tải và nén lại ‫ܧ‬௨௥
௥௘௙
trong mô hình Hardening Soil đến chuyển vị ngang của tường
vây . Giá trị ‫ܧ‬௨௥
௥௘௙
thay đổi bằng ͵‫ܧ‬ହ଴
௥௘௙
,Ͷ‫ܧ‬ହ଴
௥௘௙
và ͷ‫ܧ‬ହ଴
௥௘௙
để phân tích chuyển vị ngang
của tường vây trong các giai đoạn đào đất. Kết quả phân tích cho thấy ảnh hưởng
của sự biến động giá trị ‫ܧ‬௨௥
௥௘௙
đến chuyển vị ngang của tường vây là không đáng kể.
Theo các nghiên cứu trên thì các thông số độ cứng ảnh hưởng nhiều nhất đến
kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường vây tầng hầm. Tuy nhiên việc xác định
các thông số cho các mô hình nền đúng theo lý thuyết của mô hình là một vấn đề
bất khả thi vì trong thực tế các số liệu địa chất cũng như các kết quả thí nghiệm
trong phòng và ngoài hiện trường không lúc nào cũng đầy đủ và chính xác. Vì vậy
việc xác định khoảng biến động cho những thông số này ứng với mỗi loại đất hoặc
những tương quan giữa chúng với các chỉ tiêu cơ lý khác là một điều cần thiết.
Khoảng biến động và các mối tương quan này được nghiên cứu thông qua việc phân

45. 26
tích ngược những công trình hố đào sâu kết hợp với việc so sánh kết quả quan trắc
của một số tác giả trong và ngoài nước
Tan cùng các đồng sự (2001) [26], Liew S.S. Gan S.J. (2007) [15], S.T.Kok
và các đồng sự (2009) [13] nghiên cứu mối tương quan giữa thông số mô-đun E
trong mô hình Hardening Soil của Plaxis với chỉ số SPT-N bằng việc phân tích
ngược một số công trình hố đào sâu trên nền trầm tích Kenny Hill Kuala Lumpur,
Malaysia và bùn sét biển khu vực phía Tây Malaysia.
Tại Việt Nam, Châu Ngọc Ẩn và Lê Văn Pha (2007) [7] đã sử dụng tương
quan giữa chỉ số SPT-N với thông số E trong mô hình Morh-Coulomb để phân tích
sự làm việc đồng thời giữa đất nền và kết cấu tường vây của công trình trạm bơm
nước thuộc hệ thống xử lý nước thải Nhiêu Lộc-Thị Nghè Tp.HCM. Nguyễn Văn
Hải và Lê Trọng Nghĩa(2007) [21] phân tích một hố đào sâu tường chắn bằng cọc xi
măng đất và đưa ra khoảng biến động mô-đun E trong mô hình Morh-Coulomb cho
lớp đất yếu khu vực Q.7 Tp.HCM
Bảng 1.4. Bảng tổng hợp tương quan giữa mô-đun E với chỉ tiêu cơ lý
Tác giả
Mô hình
nền
Loại đất-Vị trí Mô-đun E
Tan cùng các đồng
sự (2001)
Hardening
Soil
Trầm tích Kenny Hill thủ
đô Kuala Lumpur,
Malaysia
‫ܧ‬ᇱ
ൌ ʹͲͲͲܰሺ‫ܰܭ‬ ݉ଶ
Τ ሻǡ
‫ܧ‬Ԣ௨௥ ൌ ͸ͲͲͲܰሺ‫ܰܭ‬ ݉ଶ
Τ ሻ
N: số SPT
Liew S.S. Gan
S.J. (2007)
Hardening
Soil
Trầm tích Kenny Hill thủ
đô Kuala Lumpur,
Malaysia
‫ܧ‬ᇱ
ൌ ʹͲͲͲܰሺ‫ܰܭ‬ ݉ଶ
Τ ሻǡ
‫ܧ‬Ԣ௨௥ ൌ ͸ͲͲͲܰሺ‫ܰܭ‬ ݉ଶ
Τ ሻ
N: số SPT
.T.Kok và các Hardening Bùn sét biển khu vực phía
Es=1500N, Eur=3E
s

46. 27
đồng sự (2009) Soil Tây Malaysia Es=800 Kpa (cho trường
hợp N=0).
N: số SPT
Châu Ngọc Ẩn và
Lê Văn Pha (2007)
Morh-
Coulomb
Đất nền khu vực Nhiêu
Lộc-Thì Nghè Tp.HCM
Việt Nam
E=776 N. N : số SPT
Michel và Gardner (1975)
và Schurtmann (1970)
Nguyễn Văn Hải
và Lê Trọng Nghĩa
(2009)
Morh-
Coulomb
Đất yếu khu vực quận 7
Tp.HCM Việt Nam
E=1000-5000 Kpa
Ngoài tương quan với chỉ số SPT-N, thông số mô-đun E còn có tương quan
với thông số sức chống cắt Su. Teparaksa W và các đồng sự (1999) [9] thông qua
việc phân tích ngược một số công trình hố đào sâu trên nền sét tại thủ đô Băng Cốc,
Thái Lan đã đưa ra mối tương quan giữa mô-đun đàn hồi E với thông số sức chống
cắt không thoát nước Su. Stroud và các đồng sự (1975) cũng đưa ra tương quan giữa
mô-đun hữu hiệu với thông số sức chống cắt không thoát nước phụ thuộc vào chỉ số
dẻo PI của đất sét yếu
Bảng 1.5. Quan hệ giữa Es và Su ,Teparaksa W(1999)
Tác giả
Mô hình
nền
Loại đất-Vị trí Mô-đun E
Teparaksa W và
các đồng sự (1999)
Morh-
Coulomb
Đất sét tại thủ đô Băng
Cốc, Thái Lan
Eu=500Su : Đất sét mềm
Eu=2000Su : Đất sét cứng

47. 28
Bowles.J.E (1998) [3] cũng giới thiệu mối tương quan của mô-đun đất nền Es
(the stress-strain modulus Es) với sức chống cắt không thoát nước và chỉ số dẽo
x Đất sét nhạy cố kết thường (normally consolidated sensitive clay):Es=
(200-500) Su
x Đất sét nhạy hơi quá cố kết (normally consolidated sensitive and lightly
overconsolidated clay): Es= (750-1200) Su
x
x Sét cố kết nặng (Heavily overconsolidated clay): Es= (1500-2000) Su
Bảng 1.6. Quan hệ giữa Es và Su theo chỉ số dẽo,Bowles .J.E (1998)
Bảng 1.7. Giá trị tiêu biểu của mô đun E cho vật liệu kết dính (Mpa)
Typical values of Young’s modulus for cohessive material (Mpa) (based on
Obrzud Truty 2012 compiled from Kezdi 1974 and Prat et al. 1995)
USCS Description
Very soft
to soft
Medium
Stiff to
very stiff
Hard
ML Silts with slight plasticity 2.5 – 8 10 – 15 15 -40 40 – 80
ML, CL Silts with low plasticity 1.5 – 6 6 -10 10 – 30 30 -60
CL
Clays with low-medium
plasticity
0.5 – 5 5 -8 8 – 30 30 – 70
CH Clays with high plasticity 0.35 – 4 4 -7 7 – 20 20 – 32
OL Organic silts - 0.5 -5 - -
OH Organic clays - 0.5 -4 - -
Loại đất CPT
Sét và Bùn IP 30 Es =(100-500)Su
Sét pha Ip 30 Es =(500-1500)Su

48. 29
1.4.3.2 Hệ số thấm K
Về hệ số thấm K vẫn chưa được nhiều tác giả nghiên cứu ảnh hưởng của nó
đến chuyển vị ngang tường vây.
Bảng 1.8. Hệ số thấm của đất được tổng hợp như trong bảng sau.
Theo Handbook of Geotechnical Investigation and Design Table (Burt Look, 2007)
[16]
1.4.3.3 Hệ số Poisson
Về hệ số thấm Poisson, hiên tại vẫn chưa được nhiều tác giả nghiên cứu ảnh
hưởng của nó đến chuyển vị ngang tường vây.
Bảng 1.9. Hệ số Poisson của đất được tổng hợp như trong bảng sau.
Theo Handbook of Geotechnical Investigation and Design Table (Burt Look, 2007)
[16]

49. 30
1.5 Kết luận.
Vấn đề chuyển vị trong tường vây của hố đào sâu là một vấn đề không mới .
Tuy nhiên ứng với các điều kiện điạ chất khác nhau, biện pháp thi công khác nhau ,
cũng như cấu tạo tường các biện pháp chống đỡ khác nhau, thì ứng xử của tường lại
thay đổi và làm một vấn đề nghiên cứu và xem xét
Phương pháp tiếp cận để phân tích ứng xử của tường thì cũng được nhiều tác
giả nghiên cứu , phân tích và so sánh , trong đó nổi bậc hơn cả là hai phương pháp :
ứng suất phụ thuộc và phần tử hữu hạn . Tuy nhiên theo nghiên cứu của M.Mitew
(2005) và Chang Yu Ou (2006) đã chỉ ra những hạn chế nhất định của phương pháp
ứng suất phụ thuộc trong việc phân tích ứng xử tường và đặc biệt là phân tích ứng
xử của nền đất sau lưng tường chắn.
Phương pháp phần tử hữu hạn được xem là phương pháp triển vọng trong
phân tích ứng xử hố đào sâu. Trong đó phần mềm Plaxis là một công cụ hữu hiệu
trong việc phân tích số
x
x Theo như nghiên cứu của B. Gebreselassie, H.G. Kempfert (2005) ,Võ Phán
(2011) thông số nhạy nhất với kết quả phân tích chuyển vị ngang của tường
vây tầng hầm là thông số ‫ܧ‬ହ଴
௥௘௙
. Tuy nhiên việc xác định các thông số cho các
mô hình nền đúng theo lý thuyết của mô hình là một vấn đề bất khả thi vì
trong thực tế các số liệu địa chất cũng như các kết quả thí nghiệm trong
phòng và ngoài hiện trường không lúc nào cũng đầy đủ và chính xác. Vì vậy
việc xác định khoảng biến động cho những thông số này ứng với mỗi loại đất
hoặc những tương quan giữa chúng với các chỉ tiêu cơ lý đã được nhiều tác
giả nghiên cứu như : Liew S.S. Gan S.J. (2007),Liew S.S. Gan S.J.
(2007),Nguyễn Văn Hải và Lê Trọng Nghĩa (2009) .
x Ngoài ra theo các kết quả nghiên B. Gebreselassie, H.G. Kempfert (2005)
nhân tố ‫ܭ‬଴
௡௖
cũng có ảnh hưởng đáng kể đến chuyển vị ngang của tường vây
trong hố đào sâu.

50. 31
x
x Võ Phán (2011) đưa ra kết quả phân tích cho thấy ảnh hưởng của sự biến
động giá trị ‫ܧ‬௨௥
௥௘௙
đến chuyển vị ngang của tường vây là không đáng kể.
x Lumia (2010) đưa ra kết luận 2 mô hình :Hardening soil small strain model
(HSS) ,Hypoplastics model for clays with intergranular strain (HCis) là tốt
nhất gần sát với kết quả quan trắc, trong khi kết quả phân tích từ hai mô
hình HS và HC (không thể hiện được ứng xử biến dạng nhỏ) cho kết quả lớn
hơn. Điều này chứng tỏ việc bỏ qua ứng xử biến dạng nhỏ của đất nền làm
sai lệch kết quả phân tích. Tuy nhiên sự sai lệch từ việc phân tích bằng hai
mô hình HS và HC là có thể chấp nhận được do đó việc ứng dụng hai mô
hình này trong việc phân tích chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào
sâu là có thể chấp nhận. Mô hình cho kết quả phân tích kém nhất là mô hình
Morh-Coulomb ( MC)
Những kết quả nghiên cứu quý báu trên cũng là nền tảng cho việc nghiên cứu về sau
của đề tài này. Các thông số ߥ௨௥ǡ ‫ܭ‬଴
௡௖
ǡ ‫ܧ‬ହ଴
௥௘௙
ǡ ‫ܧ‬௢௘ௗ
௥௘௙
ǡ ‫ܧ‬௨௥
௥௘௙
ǡ ܴ௙…ǯǡ ɔǯ sẽ được phân tích sâu
hơn ở Chương 3 trong luận văn này.

51. 32
CHƯƠNG 2 . CỌC ĐẤT TRỘN XI MĂNG
2.1 Đặt vấn đề.
Cọc xi măng đất là cọc hình trụ được tạo ra bằng phương pháp trộn sâu, là hỗn
hợp giữa đất nguyên trạng nơi gia cố và xi măng được phun xuống nền đất bởi thiết
bị khoan phun. Trong phương pháp trộn sâu mũi khoan được khoan xuống làm tơi
đất cho đến khi đạt độ sâu lớp đất cần gia cố thì quay ngược lại và di chuyển lên,
trong quá trình dịch chuyển lên, xi măng được phun vào nền đất. Đối với phương
pháp Jet Grouting khoan phụt vữa cao áp là một quá trình bê tông hóa. Nhờ có tia
nước và tia vữa phun với áp lực cao (200-400atm), vận tốc lớn , các phần tử đất
xung quanh lỗ khoan bị xới tơi ra và hòa trộn với vữa, sau khi đông cứng tạo thành
một khối đồng nhất xi măng đất.
Cọc xi măng đất là một trong những giải pháp gia cố nền đất yếu . Cọc xi
măng đất được áp dụng rộng rãi trong việc xử lý nền đất yếu cho các công trình dân
dụng và giao thông….như: ổn định tường chắn, gia cố nền, gia cố đất xung quanh
tường vây hố đào sâu, chống trượt đất cho mái dốc, làm tường hào chống thấm cho
đê đập…
Tại TP Hồ Chí Minh một số dự án đã sử dụng cọc ximăng – đất như: ĐL
Đông Tây, Tòa nhà Sài Gòn Time Square, tường chắn đất Sài Gòn Pearl đường
Nguyễn Hữu Cảnh, Quận 2, chống mất ổn định công trình Hồ Bán Nguyệt Phú Mỹ
Hưng Quận7…
Cũng chính từ nhiều ưu điểm về tính năng sử dụng , kinh tế và điều kiện thi
công, nên đề tài này tập trung nghiên cứu về ứng dụng chính của cọc xi măng đất
trong hố đào sâu để gia tăng áp lực đất bị động hoặc làm giảm áp lực đất chủ động.

52. 33
2.2 Sơ lược về cọc xi măng đất
Cọc xi măng đất (tên tiếng Anh là Deep Soil Mixing hay DSM) được nghiên
cứu ở Nhật bởi giáo sư Tenox Kyushu của Đại Học Tokyo vào khoảng những năm
1960. Loại cọc này sử dụng cốt liệu chính là đất tại chỗ, gia cố với một hàm lượng
xi măng và chất phụ gia nhất định tùy thuộc vào loại và các tính chất cơ – lý – hoá
của đất nền. Nó sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao khi địa chất là đất cát. Cọc xi măng
đất thường được thi công bằng công nghệ trộn sâu hay gọi tắt là DMM (Deep
Mixing Method). Cọc xi măng – đất có thể làm móng sâu, thay thế cọc nhồi (trong
một số điều kiện áp dụng nhất định); làm tường trong đất (khi xây dựng tầng hầm
nhà cao tầng), gia cố nền
Hiện nay, cọc ximăng – đất được sử dụng phổ biến trên thế giới. Dùng để gia
cố nền đất yếu, nền móng, đập, kè, cảng, gia cố vách hố đào, tường chắn công trình
thủy, tường chắn sóng, ngăn dòng thấm, ngăn thâm nhập nước mặn và nước, đất bị
nhiễm độc…
Xét về phạm vi vùng lãnh thổ: hiện nay trên thế giới quốc gia sử dụng công
nghệ DMM nhiều nhất là Nhật Bản và các nước vùng Scandinaver. Theo thống kê
của hiệp hội CDM của Nhật Bản tính chung từ năm 1980-1986 có tổng cộng 2345
dự án sử dụng khoản 26 triệu m3
hỗn hợp vữa ximăng – đất. Riêng tính từ năm
1977 đến 1993 lượng đất được gia cố bằng công nghệ DMM ở Nhật lên tới 23,6
triệu m3
cho các dự án ngoài biển và trong đất liền. Hiện nay, hằng năm nước này
thi công DMM khoản 2 triệu m3
.
Ở Trung Quốc mặc dù công nghệ này đã được báo cáo vào năm 1960, nhưng
đến năm 1978 mới áp dụng, tổng khối lượng xử lý bằng công nghệ DMM cho đến
nay khoản hơn 1 triệu m3
.
Tại Châu Âu nghiên cứu và ứng dụng bắt đầu ở Thủy Điển và Phần Lan trên
phương diện nghiên cứu cọc với theo công nghệ SLC. Dự án được áp dụng là sân
bay Ska Edeby cọc vôi đường kính 0,5 m, sâu dưới 15 m

53. 34
Tại Việt Nam, phương pháp này được đưa vào nghiên cứu của những thập
niên 80 với sự giúp đỡ cửa viện địa kỹ thuật Thụy Điển (SGI) một thiết bị thi công
do tiến sĩ Trần Chấp chủ trì.
Vào năm 2000 do yêu cầu của thực tế, phương pháp này được áp dụng trở lại
trong lĩnh vực xăng dầu, khi công trình chấp nhận một độ lún cao hơn bình thường
tuy nhiên lại có hiệu quả kinh tế cao. Trong thời gian này, song song với việc áp
dụng nhiều thí nghiệm tại hiện trường được thực hiện. Nhưng đây là những thí
nghiệm mang tính nghiên cứu.
Từ năm 2002 đã có một dự án bắt đầu sử dụng cọc ximăng – đất trên nền đất
yếu như dự án cảng Ba Ngòi (Khánh Hòa) với lượng cọc ximăng – đất là 4000m,
cọc có đường kính là 0.6m thi công bằng công nghệ trộn khô; Xử lý nền cho bồn
chứa xăng dầu tại Cần Thơ với đường kính bồn 21m, cao 9m. Năm 2004 cọc
ximăng – đất được sử dụng gia cố nền cho nhà máy nước huyện Vụ Bản (Hà Nam),
xử lý móng cho bồn chứa xăng dầu Đình Vũ (Hải Phòng) và các dự án này đều
được thực hiện theo công nghệ trộn khô.
Năm 2004 Viện Khoa Học Thủy Lợi Việt Nam tiếp nhận chuyển giao công
nghệ khoan phụt cao áp (Jet-grouting) của Nhật Bản. Đề tài đã ứng dụng công nghệ
và thiết bị này trong nghiên cứu sức chịu tải của cọc đơn và nhóm cọc, khả năng
chịu lực ngang, ảnh hưởng của hàm lượng ximăng đến tính chất của cọc ximăng –
đất. Nhằm ứng dụng cọc ximăng – đất vào xử lý nền đất yếu, chống thấm cho các
công trình thủy lợi: dự án được thực hiện là sửa chữa chống thấm cho cống trại
Nghệ An, cống D10 (Hà Nam) cống Rạch C Long An.
2.2.1 Ưu nhược điểm cọc xi măng đất
2.2.1.1 Ưu điểm
- Về tính năng sử dụng
x
x Tăng khả năng chịu tải của đất nền
x Tăng khả năng chống trượt của mái dốc.

54. 35
x
x Giảm ảnh hưởng của công trình lân cận.
x Giảm độ lún của công trình.
x Ổn định vách hố đào,ngăn dòng thấm
x Ngăn dòng thấm xâm nhập vào hố đào
- Về kinh tế và môi trường
x Sử dụng vật liệu có sẵn, giá thành thấp so với cọc nhồi đường kính bé
x Hạn chế gây ô nhiễm môi trường do không có chất thải dung dịch
bentonite như cọc nhồi và tường barettle
2.2.1.2 Nhược điểm
x Khả năng chịu uốn, cắt kém.
x Tải trọng bản thân tường tương đối lớn.
x Diện tích bề mặt thi công lớn.
x Vấn đề kiểm tra chất lượng cọc dưới sâu có độ chính xác chưa cao.

55. 36
2.2.2 Ứng dụng chính của công nghệ trộn sâu
2.3 Công nghệ trộn
2.3.1 Công nghệ trộn khô
Trộn khô là quá trình gồm xáo tơi đất bằng cơ học tại hiện trường và trộn bột
xi măng khô với đất có hoặc không có phụ gia.
Bột xi măng được phụt sâu vào trong đất thông qua ống nén khí. Bột này
được trộn một cách cơ học nhờ thiết bị quay.
Trong phương pháp này không cho thêm nước vào trong đất, do đó hiệu
quả cải tạo đất sẽ cao hơn phương pháp trộn ướt.
Hình 2.1. Ứng dụng chính cọc xi măng đất

56. 37
Mô hình bố trí trụ :
Tùy theo mục đích sử dụng một số mô hình thi công thể hiện trên các hình
1.11, hình 1.12. Để giảm độ lún, bố trí trụ đều theo lưới tam giác hoặc ô vuông. Để
làm tường chắn thường tổ chức thành dãy.
Hình 2.2 Bố trí trụ trộn khô
(a) Dải; 2. Nhóm; 3. Lưới tam giác; 4. Lưới vuông
Hình 2.3 Bố trí trụ trùng nhau theo khối