ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS 3D KIỂM SOÁT BIẾN DẠNG TƯỜNG VÂY VÀ ĐẤT XUNG QUANH HỐ ĐÀO SÂU

1. Lý do chọn đề tài

Hiện nay, cùng với tốc độ đô thị hóa một cách nhanh chóng, việc xây dựng các công trình cao tầng có tầng hầm ngày càng nhiều. Các công trình gần nhau được xây dựng không đồng thời về thời gian cũng như qui mô, nhất là chiều cao cũng như số tầng hầm, quá trình thi công gây ra nhiều sự cố như: Sụp đổ tường vây, sụt, lún và nứt các công trình lân cận,… Việc kiểm soát biến dạng của tường vây và sự dịch chuyển của đất xung quanh trong quá trình thi công hố đào tầng hầm phụ thuộc nhiều vào độ chính xác khi tính toán. Thực tế cho thấy có sự khác biệt giữa tính toán mô phỏng so với kết quả quan trắc hiện trường. Điều này có thể được giải thích do bởi hoặc là mô hình tính toán chưa thực sự đại diện cho ứng xử thực của công trình, hoặc do các giả thiết tính toán chưa chính xác. Ứng dụng một mô hình tính toán thông qua sử dụng một phần mềm tính toán và so sánh với số liệu quan trắc hiện trường để lựa chọn và điều chỉnh mô hình tính toán hợp lí nhằm kiểm soát biến dạng của tường vây cũng như sự dịch chuyển của đất xung quanh hố đào trong suốt quá trình thi công là cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao. Đây chính là lý do tác giả lựa chọn đề tài: “ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS 3D KIỂM SOÁT BIẾN DẠNG TƯỜNG VÂY VÀ ĐẤT XUNG QUANH HỐ ĐÀO SÂU

” cho luận văn của mình.

2. Mục đích nghiên cứu của đề tài

– Mô hình hóa và tính toán biến dạng tường vây bê tông cốt thép khi thi công hố đào sâu bằng PLAXIS 3D.

– Tính toán biến dạng và dịch chuyển của đất xung quanh tường vây khi thi công hố đào sâu bằng PLAXIS 3D.

– So sánh với các số liệu quan trắc.

– Đề xuất quy trình tính toán với PLAXIS 3D.

3. Phạm vi nghiên cứu

Hố đào sâu các công trình dân dụng.

4. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết, phân tích và so sánh với số liệu thực nghiệm.

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU

Xây dựng các công trình ngầm là điều tất yếu của đô thị hiện đại, đặc biệt là tầng hầm của các công trình cao tầng hay các công trình phục vụ dân sinh khác như: Hệ thống tầu điện ngầm, các bể chứa nước ngầm, công trình xử lý nước thải,…, quy mô xây dựng cũng rất phong phú và đa dạng.

Ở Việt Nam, từ những năm đầu thế kỷ 20, cùng với sự phát triển kinh tế xã hội, các công trình xây dựng nhà cao tầng, trong đó nhiều công trình có quy mô lớn, có nhiều tầng hầm đã được thi công. Bên cạnh đó, nhiều công trình ngầm phục vụ dân sinh như: Bãi đỗ xe ngầm, hệ thống tàu điện ngầm, bể xử lý nước thải sinh hoạt hay nước thải sản xuất cũng đã và đang dược triển khai xây dựng. Việc xây dựng các công trình ngầm trong đô thị với điều kiện xây chen phức tạp kéo theo là hàng loạt các vấn đề trong thi công. Dưới đây sẽ nghiên cứu đặc điểm cơ bản khi thi công các công trình ngầm, những sự cố thường đã gặp, nguyên nhân và biện pháp khắc phục. Nghiên cứu này là cơ sở để triển khải các ý tưởng nghiên cứu của luận văn này.

1.1. ĐẶC ĐIỂM THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU

1.1.1. Đặc điểm cơ bản khi thi công hố đào sâu

Các công trình hố đào sâu với quá trình thi công phức tạp. Một số công trình thi công trong điều kiện xây chen, mặt bằng thi công chật hẹp, điều kiện địa chất phức tạp, các công trình liền kề gây nhiều ảnh hưởng đến việc thi công hố đào. Bên cạnh đó, khi thi công hố đào sâu làm thay đổi trạng thái ứng suất biến dạng của nền đất xung quanh, làm thay đổi độ cao mực nước ngầm. Đây chính là nguyên nhân gây nên những sự cố trong quá trình thi công: Sụp đổ tường vây, sụt, lún, đất xung quanh, hư hỏng các công trình lân cận.

Thành các hố đào sâu khi thi công thường được bảo vệ bằng hệ tường vây, có thể là tường Barrette, tường cừ thép, tường cọc khoan nhồi, cọc xi măng đất,… Đối với phương pháp thi công truyền thống: Đào mở, thi công các kết cấu công trình từ dưới lên trên thì hệ chống đỡ tường vây có thể là hệ Shoring, hệ neo ứng suất trước trong đất,…

1.1.2. Các đặc điểm ảnh hưởng đến thi công hố đào sâu

Mặt bằng thi công hố đào sâu: Mặt bằng chật hẹp, phức tạp. Công trình tiếp giáp với nhiều loại công trình liền kề khác nhau: Nhà cao tầng, hệ thống giao thông, hoặc đơn thuần chỉ là các công trình đơn giản như nhà cấp 3, nhà cấp 4,…

Điều kiện địa chất: Địa chất phức tạp như cát chảy, bùn, mực nước ngầm cao. Một số công trình nằm trong vùng địa chất có các dòng chảy ngầm,….

Công nghệ thi công hố đào: Tùy vào năng lực thi công của nhà thầu, đặc điểm mặt bằng thi công, đặc điểm địa chất mà các nhà thầu có thể áp dụng các công nghệ thi công khác nhau để thi công. Biện pháp thi công áp dụng có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và sự an toàn khi thi công hố đào.

1.2. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP, CÔNG NGHỆ THI CÔNG XÂY DỰNG CHỐNG GIỮ HỐ ĐÀO SÂU

1.2.1. Khái quát

Với nhu cầu xây dựng công trình ngầm nói chung và công trình ngầm trong thành phố nói riêng ngày càng nhiều, đặc biệt là ở các nước công nghiệp phát triển, hàng loạt các giải pháp kỹ thuật đã được hình thành và hoàn thiện tùy theo các điều kiện, yêu cầu thi công và theo trình độ phát triển khoa học kỹ thuật. Với những tiến bộ khoa học kỹ thuật và trình độ công nghệ hiện nay cho phép có thể thi công xây dựng các công trình ngầm hầu như trong mọi điều kiện địa chất và môi trường khác nhau.

Nhìn chung, các công nghệ thi công công trình ngầm rất phong phú và đa dạng, chúng là tổ hợp khá linh hoạt của nhiều giải pháp kỹ thuật và sơ đồ công nghệ khác nhau. Tên gọi của các công nghệ thi công công trình ngầm cũng có nhiều xuất xứ khác nhau, có thể theo nơi đã phát triển công nghệ hay phương pháp, theo giải pháp kỹ thuật phổ biến và nhiều khi còn là do thói quen. Vì vậy, người thiết kế và thi công có thể linh hoạt lựa chọn các phương pháp thi công, các giải pháp kỹ thuật xử lý các tình huống có thể xảy ra, trên cơ sở hiểu biết rõ ràng, đầy đủ về các yếu tố, các khâu kỹ thuật quan trọng của công nghệ thi công.

Có thể phân chia phương pháp thi công hố đào sâu của công trình ngầm theo hai nhóm: Phương pháp thi công lộ thiên và phương pháp thi công ngầm. Phương pháp thi công lộ thiên có đặc điểm là: Một phần hay toàn bộ kết cấu của công trình ngầm được thi công xây dựng hay lắp dựng lộ thiên (lộ ra và tiếp xúc với điều kiện môi trường xung quanh). Trong khi đó, phương pháp thi công ngầm đồng nghĩa với việc các kết cấu của công trình ngầm được thi công ngầm, trong lòng khối đất/đá [2].

1.2.2. Các phương pháp thi công phần ngầm

a. Phương pháp thi công lộ thiên

Có thể nói rằng, các phương pháp thi công lộ thiên đã được phát triển mạnh và khá hoàn chỉnh về công nghệ, mặc dù ra đời sau các phương pháp thi công ngầm. Các phương pháp thi công lộ thiên khác nhau ở phương thức, tiến trình công việc và có thể phân ra các nhóm khác nhau tùy theo tiêu chí phân nhóm.

Chẳng hạn, theo đặc điểm của công nghệ thi công các phương pháp thi công lộ thiên được phân thành ba nhóm là:

Hình 1.1. Các phương pháp thi công lộ thiên

Đặc điểm của phương pháp thi công hở là các kết cấu của công trình ngầm được thi công trong các hào, hố được đào hở từng phần hay toàn phần. Phương pháp hạ dần (cũng còn gọi là hạ đoạn) có đặc điểm là toàn bộ kết cấu được lắp dựng tại vị trí thi công và được hạ dần vào trong lòng đất. Bằng phương pháp hạ chìm, kết cấu công trình ngầm cũng được lắp dựng trên mặt đất dưới dạng các hộp nổi, sau đó được kéo đẩy ra mặt sông, hồ, biển và được hạ chìm dần vào vị trí thi công đã chuẩn bị sẵn, tạo thành các công trình ngầm nằm trên đáy sông, hồ, biển hoặc ở dạng “cầu chìm” trong nước.

Theo trình tự hay thứ tự thi công các phương pháp trên lại được phân ra ba phương thức khác nhau, cụ thể là [2]:

Phương thức 1: Theo phương thức này các công trình ngầm được hoàn công theo trình tự sau: đầu tiên từ mặt đất tiến hành đào các hào hay hố thi công, tiếp đó tiến hành thi công kết cấu của công trình ngầm trên hào, hố đào và sau cùng lấp lại bằng vật liệu lấp phủ. Tuỳ thuộc vào đặc điểm cơ học, địa chất của khối đất, thành hào có thể nghiêng hoặc thẳng đứng và có thể cần hoặc không cần phải chống giữ. Tùy theo điều kiện địa chất, địa hình và kích thước công trình, kết cấu chống giữ thành hào được sử dụng có thể là tường cọc-ván ép, tường cọc cừ (tường cừ), tường cọc khoan (tường cọc khoan nhồi, cọc xi măng đất) hoặc tường hào (tường hào nhồi) bằng bê tông hoặc bê tông cốt thép. Các tường bảo vệ đó có thể được gia cố thêm bằng neo trong đất, kích chống, văng, giằng,…, cọc cừ có thể được tháo rút ra để sử dụng tiếp. Còn trong trường hợp sử dụng tường cọc khoan nhồi, cọc xi măng đất hay tường hào nhồi, kết cấu phía đáy của công trình ngầm thường liên kết với tường tạo thành một bộ phận của kết cấu công trình ngầm (đặc biệt khi gặp nước ngầm). Phương thức này thường được gọi là phương thức tường – nền (sau này trong lĩnh vực xây dựng dân dụng ở một số nước đã phát triển tiếp phương thức này trong xây dựng các tầng hầm nhà cao tầng và lấy tên là phương pháp bottom-up hay thi công từ dưới lên).

Hình 1.2.Một biện pháp thi công hố đào bằng phương pháp bottom-up

Phương thức 2: Theo phương thức này, hào thi công không cần đào hoặc chỉ cần đào đến độ sâu nhất định để tháo dỡ, di chuyển tạm các hệ thống cống rãnh, cáp ngầm (nếu có). Tiếp đó tiến hành thi công tường cọc khoan nhồi hay tường hào nhồi đến độ sâu dự định (thông thường đến tầng đất cách nước). Công đoạn tiếp theo là đổ bê tông nóc công trình ngầm (dạng vòm hay nóc phẳng), hoặc lắp ghép bằng các tấm panen đúc sẵn và phủ lớp ngăn cách, chống thấm. Các công việc còn lại được thực hiện ngầm trong lòng đất bao gồm đào, di chuyển đất, xây dựng nền công trình ngầm, cũng như các công tác kỹ thuật khác. Với trình tự đó phương thức này còn được gọi là phương thức tường – nóc. Phương thức thi công này đã được sử dụng rất có hiệu quả trên thế giới trong trường hợp thi công dọc theo các đường phố chật hẹp và yêu cầu giải tỏa giao thông nhanh, không cho phép để đường phố ở trạng thái bị đào bới kéo dài. Sau khi đã lắp dựng xong các tấm panen nóc, hoặc đổ bê tông nóc và hoàn thiện trạng thái đường phố, giao thông trên phố lại có thể hoạt động bình thường không gây ảnh hưởng đến công tác thi công tiếp theo. Bằng cách này có thể xây dựng được các công trình có nhiều tầng trong lòng đất với thời gian thi công dài mà không gây cản trở đến hoạt động bình thường trên mặt đất. Phương thức này được gọi là thi công Top-down trong xây dựng dân dụng.

Hình 1.3.Một biện pháp thi công hố đào bằng phương pháp top – down

Phương thức thứ 3: Theo phương thức này toàn bộ hay từng đoạn của kết cấu công trình ngầm được lắp dựng hoàn toàn trên mặt đất. Sau đó các đoạn kết cấu được hạ dần vào lòng đất song song với việc đào xúc đất dưới gầm của kết cấu đó (phương thức caisson hay hạ dần) hoặc ở dạng “hộp nổi” được kéo đẩy ra mặt sông, biển và hạ chìm dần vào hào thi công đã được đào bốc sẵn (phương thức hạ chìm).

Hình 1.4. Thi công hộp nổi Hầm Thủ Thiêm

Tiến bộ kỹ thuật hiện nay cho phép thi công bằng phương pháp lộ thiên trong mọi điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn phức tạp và đến độ sâu khá lớn. Các tường cọc khoan nhồi và tường hào nhồi có thể đạt đến độ sâu lớn hơn 50m, tuy nhiên phổ biến vẫn ở độ sâu trong khoảng 12 đến 20m. Độ sâu giới hạn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó chủ yếu bị chi phối bởi ba yếu tố là:

• Chất lượng của vật liệu xây dựng sẵn có

• Chất lượng và khả năng của các máy thi công có thể có

• Giá thành của vật liệu xây dựng và các trang thiết bị kỹ thuật cần thiết.

Trong các nhóm đã kể đến, phương pháp thi công hở là phương pháp được sử dụng phổ biến. Trong phương pháp thi công hở có hai yếu tố quan trọng là:

* Hào hay hố đào với các giải pháp và phương tiện bảo vệ.

* Kết cấu của công trình ngầm.

Thành hào hay hố đào có thể được bảo vệ bằng các phương tiện và giải pháp khác nhau, tùy thuộc vào điều kiện thi công cụ thể. Dựa vào phương thức bảo vệ, hay giữ ổn định hào có thể phân ra các nhóm phương thức thi công như trên.

Khi thi công theo phương thức hở phải đặc biệt chú ý đến điều kiện đất nền và mực nước ngầm vì chúng có ảnh hưởng đến độ ổn định của thành hào. Phương thức thi công hở đặc trưng bằng việc cơ giới hóa cao quá trình thi công, cho khả năng áp dụng các kết cấu kiểu công nghiệp hóa, các máy làm đất và các thiết bị nâng hạ có công suất lớn. Tuy nhiên việc đào hố móng trên đoạn dài sẽ gây gián đoạn giao thông trong thời gian thi công. Do đó, phải đưa ra được giải pháp thi công đồng bộ, hiệu quả, rút ngắn thời gian thi công, giảm giá thành để tăng tính khả thi của phương pháp [2].

Nói chung, phương pháp thi công lộ thiên là phương pháp thi công cần chi phí thấp hơn, thực hiện đơn giản và ít rủi ro hơn so với phương pháp thi công ngầm. Tuy nhiên, phương án này đòi hỏi hiện trường thi công phải thông thoáng, diện tích công trường phải đủ rộng (đặc biệt khi có điều kiện áp dụng phương thức 1 với thành hào không cần chống, bờ dốc nghiêng), phải thực hiện các công việc tháo dỡ, chuyển dời, lắp dựng lại các hệ thống cống rãnh, cáp, gây ảnh hưởng đến sinh hoạt bình thường, gây ách tắc giao thông khi thi công dọc đường phố, gây ô nhiễm môi trường, liên quan với việc đào bốc đất đá, vận chuyển đổ chất thải tạm, làm thay đổi động thái nước ngầm, thậm chí gây nhiễm bẩn.

b. Phương pháp thi công ngầm

Để xây dựng các công trình ngầm bằng các phương pháp thi công ngầm đã có hàng loạt các phương thức khác nhau được phát triển, được phân loại, xếp nhóm theo các tiêu chí khác nhau.

Có thể nói rằng, mỗi công nghệ thi công là tổ hợp của các yếu tố, các giải pháp kỹ thuật cơ bản sau [2]:

• Phương pháp và kỹ thuật đào hay tách bóc đất đá.

• Phương pháp và kỹ thuật bảo vệ (chống tạm) trong khi thi công.

• Sơ đồ đào hay sơ đồ thi công trên gương.

Đào hay tách bóc đất đá là một khâu công tác quan trọng, nhằm tách phần đất đá nhất định ra khỏi khối nguyên hay vỏ trái đất để có được khoảng không gian ngầm theo yêu cầu. Cho đến nay đã có nhiều phương pháp tách, phá đất/đá được phát triển, áp dụng và ngày càng hoàn thiện, với những phạm vi áp dụng khác nhau. Không kể các phương pháp thủ công, có thể tập hợp và phân nhóm các phương pháp tách phá đất/đá theo loại khối đất/đá như trong bảng 1.1 và bảng 1.2.

Bảng 1.1. Các dạng sự cố khi xây dựng công trình ngầm trong đá [2]

Bảng 1.2. Các dạng sự cố có thể gặp khi đào CTN trong đất [2]

1.2.3. Các giải pháp bảo vệ thành hố đào công trình ngầm

Hình 1.5. Một biện pháp thi công tầng hầm công trình

Khi thi công tầng hầm cho các công trình nhà cao tầng, một vấn đề phức tạp đặt ra là giải pháp thi công hố đào sâu trong khu đất chật hẹp liên quan đến các yếu tố kỹ thuật và môi trường. Thi công hố đào sâu làm thay đổi trạng thái ứng suất, biến dạng trong đất nền xung quanh khu vực hố đào và có thể làm thay đổi mực nước ngầm dẫn đến nền đất bị dịch chuyển và có thể lún gây hư hỏng công trình lân cận nếu không có giải pháp thích hợp. Các giải pháp bảo vệ thành hố đào thường được áp dụng là: Tường cừ thép, tường cọc xi măng đất, cọc khoan nhồi, tường cừ Barrette. Yêu cầu chung của tường bảo vệ là phải đảm bảo về cường độ cũng như độ ổn định dưới tác dụng của áp lực đất và các loại tải trọng khác xung quanh: Công trình lân cận, tải trọng động của hệ thống giao thông… Dưới đây tóm tắt các giải pháp thi công chủ yếu phục vụ việc bảo vệ thành hố đào sâu:

a. Bảo vệ thành hố đào bằng tường vây Barrette

Là tường bê tông đổ tại chỗ, thường dày 600-800mm để chắn giữ ổn định hố móng sâu trong quá trình thi công. Tường có thể được làm từ các đoạn cọc Barette, tiết diện chữ nhật, chiều rộng thay đổi từ 2.6m đến 5.0m. giữa các đoạn tường Barrette được liên kết chống thấm bằng gioăng cao su, thép và làm việc đồng thời thông qua dầm đỉnh tường và dầm bo đặt áp sát tường phía bên trong tầng hầm. Trong trường có hơn 01 tầng hầm, tường Barrette thường được thiết kế có chiều sâu 16-20m tùy thuộc vào địa chất công trình và phương pháp thi công. Khi tường Barrette chịu tải trọng đứng lớn thì tường được thiết kế dài hơn để chịu tải trọng như cọc khoan nhồi.

Hình 1.6. Thi công tường Barrette chống đỡ tầng hầm công trình

b. Bảo vệ thành hố đào bằng tường cừ thép

Tường cừ thép cho đến nay được sử dụng rộng rãi làm tường chắn tạm trong thi công tầng hầm nhà cao tầng. Nó có thể được hạ bằng búa rung gồm một cần trục bánh xích và cơ cấu rung ép hoặc máy ép thủy lực dùng chính ván cừ đã ép làm đối trọng. Biện pháp này rất thích hợp khi thi công trong thành phố và trong đất dính.

Ưu điểm:

– Ván cừ thép dễ chuyên chở, dễ dàng hạ và nhổ bằng các thiết bị thi công sẵn có như máy ép thủy lực, máy ép rung.

– Khi sử dụng máy ép thủy lực không gây tiếng động và rung động lớn nên ít ảnh hưởng đến các công trình lân cận.

– Sau khi thi công, ván cừ rất ít bị hư hỏng nên có thể sử dụng nhiều lần.

– Tường cừ được hạ đúng yêu cầu kỹ thuật có khả năng cách nước tốt.

– Dễ lắp đặt hệ chống đỡ trong lòng hố đào hoặc thi công neo trong đất.

Nhược điểm:

– Do điều kiện hạn chế về chuyên chở và giá thành nên ván cừ thép thông thường chỉ sử dụng có hiệu quả khi hố đào có chiều sâu ≤ 7m.

– Nước ngầm, nước mặt dễ dàng chảy vào hố đào qua khe tiếp giáp hai tấm cừ tại các góc hố đào là nguyên nhân gây lún sụt đất lân cận hố đào và gây khó khăn cho quá trình thi công tầng hầm.

– Quá trình hạ cừ gây những ảnh hưởng nhất định đến đất nền và công trình lân cận.

– Rút cừ trong điều kiện nền đất dính thường kéo theo một lượng đất đáng kể lên theo bụng cừ, vì vậy dễ gây chuyển dịch nền đất lân cận hố đào.

Ván cừ thép là loại tường mềm, khi chịu lực thường biến dạng lớn, là một trong những nguyên nhân cơ bản nhất gây nên sự cố hố đào.

Hình 1.7. Thi công tường cừ thép chống đỡ tầng hầm công trình

c. Bảo vệ thành hố đào bằng tường cọc xi măng đất

Cọc xi măng đất hay cọc vôi đất là phương pháp dùng máy tạo cọc để trộn cưỡng bức xi măng, vôi với đất yếu. Ở dưới sâu, lợi dụng phản ứng hóa học – vật lý xảy ra giữa xi măng (vôi) với đất, làm cho đất mềm đóng rắn lại thành một thể cọc có tính tổng thể, tính ổn định và có cường độ nhất định. Thông thường tường cọc xi măng đất được thi công lồng vào nhau theo dọc chiều của thành hố đào. Chiều sâu của cọc xi măng đất phụ thuộc vào chiều sâu của hố đào. Cọc xi măng đất có khả năng chịu uốn không tốt bằng tường bê tông cốt thép nên chỉ áp dụng trong trường hợp hố đào không quá sâu và điều kiện địa chất thuận lợi để tạo ra cọc xi măng đất có cường độ nhất định (thường là nền đất cát).

Hình 1.8. Thi công tường cọc xi măng đất chống đỡ tầng hầm công trình

d. Bảo vệ thành hố đào bằng tường cọc khoan nhồi đường kính nhỏ.

Tường cọc khoan nhồi đường kính nhỏ cũng được ứng dụng phổ biến, nó có thể được thi công sát nhau hay lồng vào nhau để giúp tăng khả năng chịu lực và khả năng chống thấm.

Hình 1.9. Thi công chống đỡ tầng hầm công trình bằng tường cọc khoan nhồi đường kính nhỏ

Ưu điểm của biện pháp này là tường cọc bê tông cốt thép có khả năng chịu lực và khả năng chống thấm tốt, tuy nhiên việc thi công tương đối phức tạp, nhất là khi đòi hỏi cọc lồng vào nhau.

Dưới tác dụng của áp lực đất và nước cũng như các hoạt tải khác xung quanh tường vây, khi tiến hành đào mở để thi công các kết cấu phần ngầm, cần có các biện pháp chống đỡ đảm bảo khả năng chịu lực cho tường đồng thời thuận tiện cho việc thi công, có nhiều biện pháp chống đỡ khác nhau. Dưới đây giới thiệu một số biện pháp đã và đang áo dụng phổ biến hiện nay:

Chống đỡ bằng hệ dàn thép hình

Số lượng tầng thanh chống có thể là 1 tầng chống, 2 tầng chống hoặc nhiều hơn tùy theo chiều sâu hố đào, dạng hình học của hố đào và điều kiện địa chất, thủy văn trong phạm vi chiều sâu tường vây.

b1. Ưu điểm: Trọng lượng nhỏ, lắp dựng và tháo dỡ thuận tiện, có thể sử dụng nhiều lần.

b2. Nhược điểm: Độ cứng tổng thể nhỏ, mắt nối ghép nhiều. Nếu cấu tạo mắt nối không hợp lý và thi công không thỏa đáng và không phù hợp với yêu cầu của thiết kế, dễ gây ra chuyển dịch ngang và mất ổn định của hố đào do mắt nối bị biến dạng.

Chống đỡ bằng phương pháp neo trong đất

Thanh neo trong đất đã được ứng dụng tương đối phổ biến và đều là thanh neo dự ứng lực. Neo trong đất có nhiều loại, tuy nhiên dùng phổ biến trong xây dựng tầng hầm nhà cao tầng là Neo phụt.

Ưu điểm: Thi công hố đào gọn gàng, có thể áp dụng cho thi công những hố đào rất sâu.

Nhược điểm: Công nghệ thi công phức tạp, phụ thuộc vào đặc điểm phần ngầm của các công trình lân cận (nếu công trình lân cận có tầng hầm hoặc hệ cọc chịu lực dày thì không thể thi công). Nếu nền đất quá yếu và sâu thì cũng khó áp dụng hoặc áp dụng không hiệu quả.

Áp dụng công nghệ thi công Top- down để bảo vệ tường vây

Phương pháp thi công này thường được dùng phổ biến hiện nay, sử dụng chính hệ kết cấu dầm sàn tầng hầm để bảo vệ tường vây. Để chống đỡ sàn tầng hầm trong quá trình thi công, người ta thường sử dụng cột chống tạm bằng thép hình. Trình tự phương pháp thi công này có thể thay đổi cho phù hợp với đặc điểm công trình, trình độ thi công, máy móc hiện đại.

Ưu điểm:

– Chống được vách đất với độ ổn định và an toàn cao nhất.

– Rất kinh tế.

– Tiến độ thi công nhanh.

Nhược điểm:

– Kết cấu cột tầng hầm phức tạp.

– Liên kết giữa dầm sàn và cột tường khó thi công.

– Công tác thi công đất trong không gian tầng hầm có chiều cao nhỏ khó thực hiện cơ giới.

– Nếu lỗ mở nhỏ thì phải quan tâm đến hệ thống chiếu sáng và thông gió.

1.3. MỘT SỰ CỐ KHI THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM

Trong thực tế, khi thi công các loại công trình ngầm khác nhau, nhiều sự cố nghiêm trọng đã từng xảy ra. Dưới đây sẽ giới thiệu một số sự cố tiêu biểu trong và ngoài nước, phân tích nguyên nhân và những biên pháp đã áp dụng để khắc phục.

1.3.1. Một số công trình trên thế giới

a. Sập hầm đường tàu điện ngầm (MRT) tại Singapore, năm 2004

Tại Singapore, ngày 20/4/2004 đã xảy ra một vụ sập hầm đường tàu điện ngầm (MRT). Phương pháp đào hở được sử dụng để thi công cho tuyến mới hệ thống tàu điện ngầm Singapore. Hố đào rộng 15m và sâu 33m tại khu vực đất ven biển. Phương pháp phụt vữa được dùng để gia cố ô sàn. Tầng 1 cách mặt đất 28.5m với độ dày 1.5m. Tầng 2 độ dày 3m ở độ sâu 33.5m. Thép chống với khoảng cách 4 – 5m theo phương ngang và 3m theo phương đứng. Có 9 thanh chống thép đã được thi công khi sự cố xảy ra. Các vết nứt bất thường và các tiếng động được phát hiện từ sáng. Tiếng gãy lớn nghe thấy 15 phút trước khi sự cố sập hầm xảy ra. Hầm sập với bề rộng 100m x 130m, ở độ sâu 15m [6].

Hình 1.10. Sập hầm đường tàu điện ngầm (MRT) tại Singapore, năm 2004

Nguyên nhân sự cố này là: Thiết kế sai tại các mối nối của thanh chống thép trong hệ thống chống; phương pháp phần tử hữu hạn thiếu chính xác; thiếu các bước kiểm định thiết kế; thiếu các phương án đánh giá và xử lý tại hiện trường khi các sự cố cho tường chắn được phát hiện cũng như độ chuyển vị ngang lớn được ghi nhận; chất lượng thi công kém; hệ thống quan trắc kém; hệ thống phòng chống rủi ro kém hiệu quả.

b. Trạm bơm nước thải Bangkok – Thái Lan

Công trình như trạm bơm nước thải Bangkok – Thái Lan có đường kính 20.3m, sâu 20.2m, bị sập ngày 17/8/1997 khi vừa hoàn tất công tác đào và lắp đặt hệ thanh chống. Kết cấu của công trình gồm hệ tường vây liên kết (diaphragm wall) giữ vai trò như tường chắn khi thi công đào sâu và giữ vai trò tường hầm sau khi đúc bê tông các bản sàn hầm [6].

Hình 1.11. Trạm bơm Bangkok bị sập khi đào đất

Nguyên nhân sự cố là: Thiết kế sai, thiếu các bước kiểm định thiết kế; thiếu các phương án đánh giá và xử lý tại hiện trường khi các sự cố cho tường chắn được phát hiện cũng như độ chuyển vị ngang lớn được ghi nhận; chất lượng thi công kémc. Sự cố sập hầm tàu điện ngầm Olympic tại Athens Hy Lạp năm 1998

Tại Hy Lạp, dự án tàu điện ngầm Olympic với trị giá 2 tỷ USD ở Thủ đô Athens bắt đầu khởi công từ tháng 11/1991 và sau 7 năm xây dựng đã đi vào hoạt động từ năm 1998. Toàn tuyến 11.7km, đường kính 9.5m ở độ sâu 15 – 20m. Một đoạn ngắn được sử dụng phương pháp NATM. Rủi ro xảy ra là do sập mái hầm và các hố sụt khi thi công bằng phương pháp TBM vào năm 1998. Sự cố đã làm gián đoạn và làm chậm tiến độ của máy đào TBM [6].

Nguyên nhân sự cố rủi ro này là: Do cường độ thấp của các lớp đá phong hóa mạnh trong vùng có hoạt động kiến tạo phức tạp. Việc kiểm soát lượng đất thải trong quá trình đào không được thực hiện đầy đủ và dẫn đến các sự cố không lường trước được.

1.3.2. Một cố công trình bị sự cố tại Việt Nam như

a. Công trình “ Sài Gòn Residences”

Công trình Sài Gòn Residences nằm tại số 11 Thi Sách Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh. Ban đầu công trình được thiết kế với 2 tầng hầm và đã được thi công xong phần cọc nhồi nhưng dự án bị ngưng lại, không thi công tiếp. Sau này, dự án tiếp tục được triển khai và khi xin phép xây dựng với 1 tầng hầm, 1 tầng trệt và 11 tầng lầu. Móng công trình sử dụng các cọc khoan nhồi đường kính nhỏ.

Biện pháp thi công phần ngầm: Chống đỡ thành hố đào bằng tường cừ thép sâu 12m bên phía tiếp giáp với đầu hồi nhà chung cư và cọc bê tông cốt thép mặt tiếp giáp với đường phố.

Hình 1.12. Tường liền kề c«ng tr×nh “Sµi Gßn Residences”

Công trình gặp sự cố khi đang thi công đào đất tầng hầm: Xuất hiện dòng nước phun mạnh từ dưới đáy hố móng lên khi đang đào đất. Ngày 30/10/2007, vỉa hè đường Nguyễn Siêu tiếp giáp chung cư Cosaco (gần công trình thi công) bị sụp xuống hố sâu gần 2 mét, diện tích 30m², vỉa hè bị võng xuống, chung cư bị nghiêng do lún. Trước đó 4 tháng, tại nhiều bức tường của chung cư số 5 Nguyễn Siêu xuất hiện nhiều vết nứt ngang dọc. Nhà thầu xây dựng đã đo và thấy nền nhà chung cư bị nghiêng 18-32m và cư dân đã được khuyến cáo chuyển đi nơi khác [6].

Hình 1.13. Chung cư số 5 Nguyễn Siêu [6]

Về nguyên nhân gây sự cố: Do thay đổi thiết kế từ 2 tầng hầm thành 1 tầng hầm (trong hồ sơ thẩm định thiết kế cơ sở chỉ vẽ 1 tầng hầm, cọc nhồi vươn lên cao trong khi thực tế cọc nhồi ở dưới thấp) nên khi thi công đã phải đào sâu xuống để tìm đầu cọc nhồi, đập vỡ và nối thép đúc bổ sung lên cao, do vậy làm xuất hiện cung trượt, nước ngầm vùng lân cận tràn vào ảnh hưởng tới chung cư số 5 Nguyễn Siêu bên cạnh.

Bên cạnh đó tường cừ dọc theo đường phố không liên tục để dòng thấm lôi đất lấp và cát chảy vào hố móng đang thi công. Tường cừ thép không đủ độ cứng có chuyển vị gây lún cho bề mặt đất xung quanh và nền nhà bị lún không đều.

b. Công trình “Tổ hợp nhà ở đa năng 28 tầng làng quốc tế Thăng Long

Công trình nằm tại Dịch Vọng, Cầu Giấy, Hà Nội. Một phía là mặt đường Chùa Hà, một phía là mặt đường Trần Đăng Ninh. Mặt bằng rộng, thuận tiện thi công. Công trình gồm 2 khối nhà cao 28 tầng và hai khối nhà cao 4 tầng. Đài móng bê tông cốt thép trên cọc khoan nhồi. Hệ tường vây bê tông cốt thép xung quanh toàn bộ công trình.

Biện pháp thi công phần ngầm: Thi công đào hở tới cote đáy đài móng, kết hợp sử dụng hệ văng chống bằng thép hình I450.

Khi đang thi công đào đất, đã xảy ra sự cố toàn bộ tường vây phía đường Trần Đăng Ninh (khoảng 50m) bị sập, đỉnh tường nghiêng vào trong hố móng khoảng 2m. Nhà thầu đã phải rất tốn kém thời gian khi xử lý sự cố này. Rất may là xung quanh không có công trình nào bị ảnh hưởng [6].

Nguyên nhân được nhận định là do vào thời điểm thi công, Hà Nội gặp những trận mưa lớn và liên tục, các con đường xung quanh công trình đều ngập gần 1m nước. Chính áp lực nước bên ngoài tường vây quá lớn đã đẩy tường vây nghiêng về phía hố móng trong khi biện pháp chống đỡ không lường đến đặc điểm này của thời tiết.

c. Công trình Nhà làm việc ngân hàng TMCP Công Thương Việt Nam tại Đà nẵng-Vietinbank Đà Nẵng

Công trình được xây dựng tại số 36 Trần Quốc Toản, Hải Châu, Đà Nẵng với diện tích khu đất: 1.404m²; diện tích xây dựng: 920m² với 27 tầng nổi và 2 tầng hầm.

Vào lúc 7h30 ngày 25/5/2014, trong quá trình đào đất thi công tầng hầm thứ 2, đã gây sụt lún công trình bên cạnh là quán cà phê Yasaka. Ngoài ra còn gây nứt tường trường THCS Trưng Vương giáp phía bắc và làm lún đường Yên Bái.

Hình 1.14. Hố sụt lớn trên nền quán cà phê Yasaka

Hình 1.15. Sụt lún vỉa hè đường Yên Bái bên ngoài công trình

Nguyên nhân sự cố: Do trong quá trình thi công đào đất tầng hầm thứ 2 thì giữa tấm tường V16, V17 ở độ sâu 7.5-8m bị bục tường gây lỗ thủng lớn kích thước 10x40cm, nước và cát chảy vào bên trong hố móng gây sụt lún.

1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Trong chương này, tác giả đã giới thiệu tổng quan về tình hình xây dựng tầng hầm công trình ở Việt nam và trên thế giới, các sự cố xảy ra trong quá trình thi công và phân tích rõ các nguyên nhân gây nên sự cố. Từ đó rút ra kết luận quan trọng là: Phần lớn các nguyên nhân gây nên sự cố khi thi công tầng hầm công trình đều đến từ quá trình thi công, từ việc lập biện pháp thi công không hợp lý đến việc tính toán chịu lực không chính xác; không đánh giá hết các đặc điểm và điều kiện địa chất phức tạp.

Tác giả cũng đã giới thiệu đặc điểm quan trọng trong thi công hố đào sâu; các công nghệ thi công và chống đỡ vách hố đào trong quá trình thi công. Kiểm soát biến dạng và chuyển vị hố đào sâu trong quá trình thi công luôn là biện pháp khó khăn, phức tạp. Trong điều kiện xây dựng với mặt bằng thi công chật hẹp, tải trọng tác dụng lên các bề mặt công trình không đồng đều, phức tạp, việc đưa ra biện pháp kiểm soát biến dạng của tường vách hố đào sâu, kiểm soát dịch chuyển của nền đất xung quanh và các công trình lân cận luôn luôn là vấn đề cấp thiết.

Về mặt kinh tế, công trình tầng hầm là dạng công trình mà ở đó có thể gây lãng phí nếu lựa chọn giải pháp thi công không phù hợp với đặc điểm dự án.

Về mặt kỹ thuật, đây là dạng công trình phức tạp, thi công dưới sâu, dễ xảy ra sự cố cho bản thân công trình và các công trình liền kề. Vì vậy, công việc thiết kế thi công, giám sát thi công phải được đặc biệt coi trọng. Do đó, việc ứng dụng các phần mềm mô phỏng trong quá trình thi công được xem là biện pháp hữu hiệu nhằm định hướng ra biện pháp thi công hợp lý nhất.

Để có thể tính toán, mô phỏng hệ kết cấu chống đỡ tường vây, cần xác định chính xác tải trọng tác dụng lên tường vây. Nghiên cứu những lý thuyết khác nhau trong việc xác định tải trọng tác dụng lên tường vây, nghiên cứu ứng dụng hiệu quả một phần mềm tính toán hợp lý phù hợp với đặc điểm thi công công trình ngầm là công việc cần thiết và cũng là mục tiêu chính của luận văn này. Nội dung nghiên cứu trong chương 2 sẽ đề cập đến các lý thuyết tính toán áp lực lên tường chắn và giới thiệu phần mềm tính toán Plaxis 3D sẽ được ứng dụng trong luận văn này.

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ KHOA HỌC

2.1. CÁC LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN

Lý thuyết áp lực đất lên tường chắn là một trong những vấn đề quan trọng và phức tạp, phụ thuộc rất lớn vào tính chất cơ lý của đất, góc mái dốc, góc nghiêng của lưng tường chắn, ma sát giữa đất và tường, mực nước ngầm, phụ tải,… Để giải quyết vấn đề này, đến nay đã có khá nhiều lý thuyết tính toán theo những quan điểm khác nhau. Tuy nhiên, có thể thấy rằng tất cả các lý thuyết ấy thuộc vào hai loại cơ bản: Loại không xét đến độ cứng của tường và loại xét đến độ cứng của tường [4].

Loại không xét đến độ cứng của tường: Giả thiết tường tuyệt đối cứng và chỉ xét đến các trị số áp lực đất ở trạng thái giới hạn là áp lực chủ động và áp lực bị động [4]. Thuộc nhóm này có thể chia thành hai nhóm:

a. Nhóm theo lý thuyết cân bằng giới hạn của khối rắn [4]:

Các lý thuyết theo nhóm này đều giả thiết khối đất trượt sau tường chắn, giới hạn bởi mặt trượt có hình dạng định trước như một khối rắn ở trạng thái cân bằng giới hạn. Đại diện cho xu hướng lý thuyết này là thuyết C.A.Coulomb (1773) và sau đó được I.V.Poongxxele, K.Culman,…, phát triển. Đây chính là lý thuyết được áp dụng cho việc tính toán trong phần mềm Plaxis 3D.

b. Nhóm lý thuyết cân bằng giới hạn phân tố (điểm) [4]:

Nhóm lý thuyết này chủ trương tính toán các trị số áp lực đất chủ động và bị động với giả thiết các điểm của môi trường đất đắp ở trạng thái cân bằng giới hạn cùng một lúc. Lý thuyết này được giáo sư L.M.Rankine đề ra năm 1857 sau đó được nhiều tác giả phát triển thêm.

Hiện nay lý thuyết áp lực đất C.A.Coulomb chỉ được coi là lý luận gần đúng do những hạn chế của các giả thiết cơ bản. Song lý luận này vẫn được dùng phổ biến để tính áp lực đất lên tường chắn, vì tính toán tương đối dơn giản, có khả năng giải được nhiều bài toán thực tế.

2.1.1. Tính áp lực đất theo lý thuyết của C.A.Coulomb

Lý thuyết áp lực đất lên tường chắn của C.A.Coulomb được xây dựng dựa trên các giả thiết sau [4]:

• Tường tuyệt đối cứng không biến dạng, mặt trượt là mặt phẳng

– Lăng thể trượt là một khối rắn tuyệt đối được giới hạn bởi hai mặt trượt, mặt phát sinh trong khối đất và mặt lưng tường. Giả thiết này cho phép có thể thay các lực thể tích và các lực bề mặt tác dụng lên lăng thể trượt bằng các lực tương đương. Với các giả thiết này cho phép ta thừa nhận các góc lệch của các phản lực tại các mặt trượt bằng góc ma sát trong ϕ, góc ma sát ngoài δ, đồng thời đa giác lực khép kín.

Tính toán áp lực đất gây lên tường chắn có thể tính theo các trường hợp sau:

– Tính toán áp lực chủ động theo thuyết C.A.Coulomb[4].

– Tính toán áp lực bị động theo thuyết C.A.Coulomb[4].

2.1.2. Áp lực tác dụng lên tường BTCT trong một số trường hợp riêng[4].

– Áp lực đất lên tường chắn trong trường hợp đất nền gồm nhiều lớp.

– Áp lực đất lên tường chắn trong trường hợp bề mặt đất sau tường có tải trọng phân bố.

2.2. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PLAXIS 3D

Một số phương pháp được sử dụng giải quyết bài toán địa kỹ thuật là: phương pháp thực nghiệm, phương pháp cân bằng giới hạn và phương pháp số. Phương pháp số bao gồm các phương pháp sai phân hữu hạn, phương pháp phần tử biên và phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH). Phương pháp phân tử hữu hạn là một công cụ hữu ích để giải quyết bài toán về sự tương tác của cấu tạo đất như thiết kế hố đào và nền móng. Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn thích hợp hơn các phương pháp khác bởi vì:

Phương pháp PTHH có khả năng phân tích bài toán 2 chiều và 3 chiều.

Phương pháp PTHH có thể kết hợp dễ dàng ứng xử phi tuyến của đất.

Phương pháp phần tử hữu hạn có nhiều ứng dụng, với nhiều gói phần mềm với công cụ phương pháp phần tử hữu hạn như: Abaqus, ACTRAN…

2.2.1. Phân tích phần tử hữu hạn trong PLAXIS

Sự phát triển của phần mềm phần tử hữu hạn có tính thương mại trong phân tích địa kỹ thuật được bắt đầu vào cuối những năm 80, và ngày nay đã phổ biến rộng rãi. Có nhiều cách khác nhau để ứng dụng phần tử hữu hạn vào các ngành kỹ thuật khác nhau, và vấn đề phân tích bài toán địa kỹ thuật cũng có những đặc trưng riêng và thường rất phức tạp [3].

Trong chương này sẽ giới thiệu về phần mềm Plaxis 3D Foundation. Nó cũng bao gồm giới thiệu cách thức tạo mô hình, sau đó sẽ đi tìm các đặc trưng trong Plaxis 3D foundation của vật liệu.

2.2.2. PLAXIS 3D Foundation

Plaxis được nghiên cứu tại Đại học Delft vào năm 1987, là phần mềm sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích khu vực ven sông ở Hà Lan. Mãi đến năm 2001 mới có mô hình 2D và khi đó PLAXIS 3D Tunnel đã được phát hành. Ba năm sau, PLAXIS 3D Foundation được tạo ra, nó được phát triển nhằm phục vụ tính toán nền móng công trình và dùng trong ngành địa kỹ thuật như tính toán ổn định, độ lún và biến dạng [3].

Khi nói rằng chuyển từ phân tích 2D sang 3D rất khả thi nhưng đồng thời sự phức tạp cũng tăng lên. Điều này cũng chính là tăng khối lượng tính toán. Nếu một tính toán chi tiết chỉ mất vài phút để thực hiện trong phân tích 2D, nhưng tính toán tương tự trong phân tích 3D có thể mất hàng giờ. Mô hình phân tích ảnh hưởng của các giai đoạn thi công hố đào đến cọc bên trong hố đào cũng là một trong các trường hợp đó. PLAXIS 3D Foundation gồm ba phần chính, đó là mô hình (model), tính toán (calculation) và xuất kết quả (Output).

a. Mô hình

Trong chế độ mô hình thì hình dạng của mô hình được xây dựng. Biên của các lớp đất và đặc trưng vật liệu được thiết lập. Xây dựng các phần tử như tường và dầm tại các vị trí trong mô hình và đặc trưng tiếp xúc được định nghĩa. Cuối cùng lưới được tạo ra và đạt một độ mịn thích hợp. Trong đó việc lựa chọn mô hình đất là rất quan trọng, và sẽ được trình bày trong phần sau.

b. Tính toán

Trong chế độ tính toán, một số bước tính toán có thể được tạo ra. Khác nhau trường hợp tải và hình dạng được thiết lập để mô phỏng trình tự xây dựng công trình thực tế. Đối với mỗi bước có thể thiết lập các điều kiện mực nước ngầm khác nhau, các bộ phận công trình có thể được kích hoạt. Hố đào được mô phỏng bằng cách chấm dứt hoạt động của các tập hợp. Các loại tính toán phải được định nghĩa có thể là tính dẻo (Plastic) hoặc cố kết (consolidation). Phân tích cố kết được sử dụng khi mô hình các ứng xử phụ thuộc vào thời gian như sự phát triển và tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng hay khi yêu cầu tính toán độ lún do từ biến. Tính toán tính dẻo được dùng để phân tích biến dạng đàn-dẻo (elastic-plastic) theo lý thuyết biến dạng nhỏ. Ứng suất và biến dạng được tính toán cho tất cả các nút còn trong trạng thái giới hạn [3].

c. Xuất kết quả

Trong phần chính thứ ba của Plaxis là chế độ xuất kết quả tính toán và được dùng xử lý kết quả tính toán. Biến dạng, ứng suất và áp lực nước lỗ rỗng sẽ được thể hiện trong mỗi bước tính toán, còn đối với các cấu kiện công trình ta có thể xem được moment uốn và lực cắt.

d. Tạo mô hình

Để phân tích phần tử hữu hạn trên phần mềm PLAXIS 3D Foundation thì điều quan trọng đầu tiên là phải tạo mô hình hình học cho bài toán. Mô hình này mô tả cấu trúc của công trình trong không gian 3 chiều, được chương trình định nghĩa thông qua các mặt phẳng làm việc và các hình trụ hố khoan địa chất. Mô hình bao gồm các lớp địa tầng, kết cấu của công trình và các loại tải trọng.

Mặt phẳng làm việc (Work Planes): Là các mặt phẳng nằm ngang theo trục x – z tương ứng với một cao độ y.

Điểm và đường thẳng (Geometry line): Dùng để tạo mô hình hình học cho bài toán.

Phần tử dầm (Beam): Dùng để mô hình cho kết cấu thanh mảnh chịu uốn và lực dọc trục như dầm móng…

Phần tử sàn (Floor): Dùng mô phỏng cho kết cấu có chiều dày nhỏ theo phương ngang và chịu uốn như bản móng…

Phần tử tường (Wall): Dùng mô hình cho kết cấu có chiều dày nhỏ theo phương đứng và chịu uốn như vách tầng hầm…

Phần tử cọc (Pile): Dùng mô hình cho các loại cọc.

Hình 2.1. Yêu cầu tối thiểu của mô hình hố đào [7]

Phần tử lò xo (Spring): Dùng để gắn kết vào một mặt của kết cấu và khống chế mặt đó so với mặt khác. Phần tử biên (Line Fixity): Dùng để tạo biên cứng.

Phần tử hố khoan (Borehole): Dùng khai báo các lớp địa chất cho bài toán.

e. Chia lưới phần tử

Để thực hiện tính toán phần tử hữu hạn, mô hình hình học trong PLAXIS 3D Foundation phải được chia thành các phần tử nhỏ hơn, được gọi là chia lưới phần tử hữu hạn. Mỗi phần tử bao gồm một số lượng nhất định các nút hình thành hệ thống phương trình cho việc tính toán. Số lượng các nút nhiều sẽ kéo theo hệ thống phương trình lớn hơn để máy tính giải quyết. Trong mô hình 2D mỗi nút có hai bậc tự do, tức là các nút có thể di chuyển theo phương x và y, xem hình 2.2.

Hình 2.2. Các phần tử và nút trong một mô hình 2D. Mỗi nút có hai bậc tự do, được mô tả bởi các mũi tên trong hình nhỏ hơn [7]

Khi mô hình trong không gian ba chiều, mỗi nút có ba bậc tự do, kết quả là sẽ cho một hệ thống phương trình lớn hơn vì thực tế rằng mỗi nút cũng có thể di chuyển theo phương z.

Phân tích phần tử hữu hạn sẽ tiến hành theo ba bước, xem hình 2.3. Bước đầu tiên là phân chia mô hình thành các phần nhỏ hơn bằng cách tạo ra các phần tử (Generate elements) vào mô hình, trong đó mỗi phần tử tương đối dễ để giải từng cái một. Bước tiếp theo là phân tích các phần tử (Element analysis). Bước cuối cùng là phân tích hệ thống (System analysis) nơi mà tất cả các phần tử được kết nối với một hệ thống bằng các điều kiện biên.

Hình 2.3. Các bước phân tích phần tử hữu hạn (Wiberg, 1974)[7]

Phân tích phần tử hữu hạn là một phương pháp tính gần đúng và nguồn lỗi nhiều và thường không thể tránh khỏi. Số lượng nút trong mô hình có tác động đáng kể đến kết quả tính toán. Số lượng phần tử lớn hơn tạo ra một số lượng lớn các nút cho kết quả chính xác hơn mô hình có ít nút. Khi thiết kế các mô hình phức tạp thì thích hợp có số nút cao hơn so với trường hợp đơn giản hơn.

Các thiết lập mặc định cho kích thước cluster trong PLAXIS 3D Foundation là lưới thô (Coarse mesh). Chia lưới thế này có thể đủ kích thước khi mô hình các trường hợp đơn giản và tính chính xác của tính toán không cần cao. Hệ thống phương trình dễ dàng hơn cho máy tính để giải quyết và thời gian tính toán tương đối ngắn.

Nếu cần độ chính xác cao hơn thì cần sự làm mịn các cluster. Nếu toàn bộ mô hình cần được làm mịn, thì sử dụng chức năng Global coarseness để thay đổi kích thước phần tử cả phương đứng và ngang với khoảng từ rất thô (Very coarse) đến rất mịn (Very fine). Lưu ý rằng nếu chúng ta chia lưới 2D quá mịn sẽ làm tăng phần tử khi tiến hành chia lưới 3D và đồng nghĩa là thời gian tính toán sẽ tăng lên.

LIỆN HỆ:

SĐT+ZALO: 0935568275

E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\LUAN VAN 2014\LUAN VAN KY THUAT\LUAN VAN LOP K26 XDDD\LE BA KHANH