So sánh thiết kế neo thông thường và neo hotdog cho hố đào sâu

ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019 44 SO SÁNH THIẾT KẾ NEO THÔNG THƯỜNG VÀ NEO HOTDOG CHO HỐ ĐÀO SÂU NGUYỄN CHÂU LÂN* Design for hotdog and normal anchors Abstract: Ground anchor is an effective measure to stabilize D-wall of a deep excavation. Recently, a new anchor method (hot dog anchor) is presented in Vietnam. This papers compare the calculation results (Plaxis program) of hotdog anchor and normal anchor. The results showed that hotdog anchor can be effectively used for deep excavation when contructing in soft soil layer. Keywords: Hot dog anchor, Plaxis, soft soil, D-wall 1. GIỚI THIỆU CHUNG Ở Việt Nam, các hố đào sâu hiện nay cũng đã áp dụng neo trong đất để giữ ổn định cho tường vây. Biện pháp neo trong đất có nhiều ứu điểm [1], [2]. Vì vậy, tòa tháp Keangnam Landmark Tower tại Hà nội, đã sử dụng hai tầng neo trong đất có sức chịu tải từ 35 - 40 tấn để thi công 2 tầng hầm của tòa tháp này. Hiện nay khi thi công hố đào sâu, trong nhiều trường hợp thường dùng kết cấu khung chống để ổn định thành hố đào. Tuy nhiên khi hố đào có kích thước mặt bằng lớn, việc sử dụng khung chống sẽ khó khăn, thời gian thi công kéo dài. Khi đó có thể áp dụng biện pháp thi công neo trong đất nhằm giữ ổn định cho tường vây [3]. Việc thi công neo giúp cho chuyển vị của tường vây giảm, hố móng có thể tiến hành đào hở, tạo điều kiện đẩy nhanh tốc độ thi công. Các hố đào sâu áp dụng neo trong đất đã được áp dụng hiệu quả nhiều nơi trên thế giới [3]–[9]. a) Neo hot dog b) Neo thường Hình 1. So sánh bầu neo của neo hot dog và neo thường Năm* 2018, công ty Krvina và Dean (Hàn quốc) đã giới thiệu một loại neo mới tại Việt * Khoa Công trình - Đại học Giao thông Vận tải 03 Cầu Giấy-Láng Thượng-Đống Đa-Hà Nội Email: nguyenchaulan@utc.edu.vn nam. Đây là neo được mở rộng phần bầu neo, gọi là neo hotdog. Các công trình hố đào sâu tại Hàn quốc đã áp dụng khá hiệu quả loại neo mới này. Tại Việt Nam, loại neo mới này được giới thiệu và thi công thử nghiệm tại dự án thuộc quận 2, thành phố Hồ Chí Minh. Đặc điểm của ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019 45 neo hotdog bao gồm kích thước bầu neo (D500mm) được tăng lên gấp 2,5 - 3 lần so với neo thông thường (Hình 1); mở rộng bầu neo bằng công nghệ khoan, phun trộn vữa áp lực cao với đất xung quanh khiến cho neo Hotdog có thể áp dụng đặc biệt thích hợp với loại đất yếu mà neo thường không áp dụng được; khả năng chịu lực tăng lên làm cho số lượng neo và chiều dài neo cũng được giảm đi làm cho chi phí thi công giảm, tăng hiệu quả kinh tế của dự án. Như vậy khi áp dụng neo hot dog thì chiều dài neo đi, sức chịu tải của neo sẽ tăng lên dẫn đến khoảng cách các neo cũng giảm đi. Bảng 1 tổng hợp so sánh giữa neo hotdog và neo thường. Bảng 1. So sánh neo hot dog và neo thường TT Tiêu chí so sánh Neo hotdog Neo thường 1 Bầu neo Diện tích bầu neo tăng lên 2,5-3 lần Bầu neo dễ bị phá hoại 2 Số lượng neo Giảm số lượng neo Khi khoan đất xung quanh dễ bị xáo động 3 Thi công Dễ dàng thi công, Giảm độ lún bề mặt Bầu neo cần khống chế tốc độ và áp lực Do vậy bài báo này trình bày phương pháp tính toán sức chịu tải, kết quả thí nghiệm hiện trường cho 2 loại neo là neo hot dog và neo thông thường. Từ kết quả tính toán sẽ đánh giá được yếu tố kỹ thuật của hai loại neo, khả năng áp dụng của chúng. 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Điều kiện địa chất Hình 2. Vị trí lỗ khoan Đánh giá chung điều kiện địa chất của khu vực như sau: Lớp địa chất số 2 - Bùn sét lẫn nhiều hữu cơ, là lớp đất sét yếu và khá dày với chiều dày trung bình là 11m xuất hiện tại tất cả các vị trí hố khoan, đồng thời nằm toàn bộ trong phạm vi đào của hố đào. Chiều dày lớp địa chất này không thay đổi nhiều trong phạm vi các hố khoan HK2, HK3, HK4 theo báo cáo địa chất từ chủ đầu tư (hình 3, 4). 2.2. Giới thiệu về công trình Một số chỉ tiêu kỹ thuật của công trình: Mặt bằng dự kiến xây dựng có kích thước 193,1 x 82,32m; Quy mô 3 tầng hầm và 1 hầm lửng; Chiều sâu hố đào sâu nhất của công trình so với mặt đất tự nhiên là 15m. Công trình sử dụng phương pháp đào mở với hố đào được giữ an toàn bằng tường vây Barrette dài 22,7m. Tường vây barrette được chống đỡ bằng 3 hệ shoring và hệ neo đất tùy vị trí thi công. Phương án móng dự kiến là móng cọc nhồi đường kính 1,2m. Sức chịu tải của cọc dự kiến là 600T. 2.3. Mặt cắt tính toán Bài báo sẽ phân tích tính toán cho 2 trường hợp neo thường và neo hot dog. Chiều dài neo hot dog là 32m cho tầng đầu tiên; đường kính neo hotdog là 400mm, bầu neo dài 12m. Neo thường có chiều dài là 34m, vị trí có chiều dài neo lớn nhất là 38m, đường kính 150mm, bầu ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019 46 neo có chiều dài là 16m. Mặt cắt phân tích 1-1 được tính toán theo địa chất hố khoan gần nhất nhằm đảm bảo mô phỏng chính xác ứng xử của phạm vi đất ngay sau tường (Hình 3, 4). Sự thay đổi của địa tầng trong phạm vi hố đào, nằm xa vị trí hố khoan và vị trí mặt cắt tính toán tương ứng có thể được bỏ qua do ảnh hưởng lên chuyển vị tường là không lớn. 3 5 ° 3 5 ° 3 5 ° HOTDOG ANCH OR(C.T.C 2,000) PC STRAND D15 .2x4EA 3 5 ° H K04 G.L .(-)4.300 G.L .(-)7.400 G.L .(-)10.400 G.L .(-)14.700 G.L. (-)1.800 1 4 ,3 0 0 1 ,5 0 0 3 ,0 0 0 3 ,3 0 0 3 ,4 0 0 9 ,0 0 0 G .L .(-)16.100 20,000 12,000 14,000 12, 000 8,000 12,000 6,000 12,000 D -W ALL D 800 1.50 1 14.50 21.00 23.50 2 3A 4 5 3 ,1 0 0 H OTDOG ANCH OR(C.T.C 2,500) PC STRA ND D15 .2x4EA Hình 3. Mặt cắt tính toán vị trí mặt cắt 1-1 neo hot dog Hình 4. Mặt cắt tính toán vị trí mặt cắt 1-1 neo thường 2.4. Phân tích, tính toán hố đào dùng neo hot theo phần mềm Plaxis Phần mềm Plaxis là phần mềm thương mại, được ứng dụng phổ biến để tính toán hố đào sâu. Đây là phần mềm tính toán theo phương pháp phần tử hữu hạn, có nhiều ứng dụng trong tính toán nền móng, hố đào. Các thông số nhập vào phần mềm Plaxis bao gồm, phần phần bầu neo, cáp neo và thông số của nền đất như chỉ ra ở Bảng 2, 3 và Bảng 4. Mô hình bài toán được chỉ ra ở hình 6 và hình 7. Hố đào có 4 tầng neo, chiều sâu đào lớn nhất 15m. Các mô hình đất theo mô hình Morh-Coulomb theo Bảng 4. Bảng 2. Bảng thông số khai báo bầu neo hotdog TT Loại Thông số EA [kN/m] 1 Neo hot dog 4,08E+6 2 Neo thường Bầu neo 3,38E+6 Bảng 3. Bảng thông số khai báo cáp neo đất TT Loại EA Khoảng cách Thông số [kN] [m] 1 Neo hot dog 1,12E+5 2 2 Neo thường Cáp neo 9,87E+4 1,7 Bảng 4. Thông số khai báo đầu vào của đất nền vị trí BH05 Tên lớp 1 2 3a 4 5 Loại đất Cát san lấp Bùn sét Sét pha nặng Sét pha Sét Tính chất của đất Rời Chảy Nửa cứng Dẻo nhão Dẻo mềm MC MC MC MC MC Mô hình Drained Un-drained B Un-drained B Un-drained A Un-drained A gunsat (kN/m³) 18,5 15,0 19,3 18,8 17 gsat (kN/m³) 19 15,21 20,32 19,29 17,42 Eref (kN/m² ) 24000 21800 84350 30000 18000 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019 47 Tên lớp 1 2 3a 4 5 cref (kN/m² ) 1 - - 14,3 30,2 j (độ) 25 - - 21 11,35 cu (kN/m² ) - 43,6 168,7 - - ju (độ) - 0 0 - - y (độ) 0 0 0 0 0 n 0,31 0,35 0,31 0,33 0,34 kx (m/day) 8 0,0002 0,002 0,002 0,0002 kx (m/day) 4 0,0001 0,001 0,001 0,0001 Rinter. 0,67 0,67 0,5 0,67 0,67 SPT - 2 13 11 12 Version 2010.1.0.6019 Project des cripti on Project f ilename Date User name AnPhu 4/12/2019 AnPhu - MC1sua lai 11 ... National Taiwan Univ of Science and Tech x y A A A A 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 156 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 -40.00 -30.00 -20.00 -10.00 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 0.00 -10.00 -20.00 -30.00 -40.00 -50.00 Hình 5. Mô hình tính toán neo Hot dog trong phần mềm Plaxis Versio n 2010.1.0.6019 C :\Users \Admin\De skto p\Tham tra An Phu Pro ject d esc ript ion Pro ject f il ename Dat e User name AnPhu 5/11/2019 AnPhu - MC1.P2D National Taiwan Univ of Science and Tech x y A A A A-55.00 -50.00 -45. 00 -40.00 -35.00 -30.00 - 25.00 -20.00 - 15. 00 - 10. 00 -5.00 0.00 5.00 10. 00 15.00 20.00 25. 00 30.00 35.00 40. 00 45.00 50.00 55.00 0.00 -5.00 -10.00 -15.00 -20.00 -25.00 -30.00 -35.00 -40.00 -45.00 Hình 6. Mô hình tính toán neo thường trong phần mềm Plaxis Bảng 5. Khả năng chịu tải của neo theo địa chất Lực tối đa Lực làm việc Ds Ls tu Tu=πDsLstu 0,5Tu (m) Tên lớp đất (m) NSPT (kPa) (kN) (kN) 0,4 (Neo hot dog) 12 13 100 1507,2 753,6 0,15 (neo thường) Sét pha 18 13 100 847,80 423,90 Khả năng chịu tải của neo theo lý thuyết được tính toán theo tiêu chuẩn hiện hành, từ bảng 5 nhận thấy sức chịu tải theo đất nền khi tính toán lý thuyết của neo hot dog lớn hơn so với neo thường khoảng 1,8 lần. 3. KẾT QUẢ 3.1. Sức chịu tải của neo theo thí nghiệm thử tải cho hai loại neo hotdog và neo thường Nhằm đánh giá khả năng chịu lực của neo hot dog và neo thường. Tiến hành thí ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019 48 nghiệm thử tải cho hai loại neo theo như bảng 6 bên dưới. Tiêu chuẩn thí nghiệm thử tải theo tiêu chuẩn FHWA và tiêu chuẩn Việt Nam [10], [11]. Kết quả cho thấy neo hot dog có khả năng chịu tải trọng lớn hơn. Lực kéo thí nghiệm lớn nhất cho neo thường là 53 tấn và neo hot dog là 65 tấn. Như vậy sức chịu tải của neo có thể lấy 42 tấn cho neo thường và 50 tấn cho neo hot dog cho cùng địa chất (bằng lực kéo lớn nhất/1.25), như vậy sức chịu tải khi thi công neo thử của neo hotdog so với neo thường là 1,2 lần. Bảng 6. Thông số neo thử tải Loại neo Chiều dài tổng cộng (m) Đường kính bầu neo (mm) Chiều dài bầu neo (m) Lực kéo lớn nhất (tấn) Neo hot dog 32 400 16 65 Neo thường 38 150 12 53 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Neo thuong Neo hot dog T a i tr o n g ( ta n ) Chuyen vi (mm) Hình 7. Kết quả thí nghiệm neo thử (đường cong tải trọng-chuyển vị) cho neo hotdog và neo thường 3.2. Kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis Hình 8. Chuyển vị tổng trong giai đoạn đào cuối cùng neo hot dog Hình 9. Chuyển vị tổng trong giai đoạn đào cuối cùng neo thường Hình 10. Mô men của tường trong giai đoạn đào cuối cùng đối với neo Hotdog ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019 49 Hình 11. Mô men của tường trong giai đoạn đào cuối cùng đối với neo thường 3.3. Tổng hợp kết quả Từ bảng 6 có thể rút ra một số kết luận như sau: • Đối với neo hotdog (chiều dài lớn nhất 32m) thì chiều dài neo giảm so với neo thường (chiều dài 36-38m). • Khả năng chịu tải của neo hotdog cũng lớn hơn so với neo thường khoảng 20%, nhưng chiều dài bầu neo của neo hotdog là 12m, trong khi chiều dài bầu neo của neo thường là 16m. • Về chuyển vị của neo thường vào neo hotdog thì kết quả ra khá giống nhau, tuy nhiên mô men tác dụng vào tường vây của neo thường lớn hơn so với neo hotdog (Hình 10 và 11). • Chiều dài của neo thường khá lớn, có những vị trí nguy hiểm là 38m, dẫn đến khó kiểm soát độ giãn dài, có thể dẫn tới rủi ro cho công trình. Bảng 6. Kết quả tính toán tường vây Chuyển vị ngang của tường W800 (cm) Loại neo Tại đỉnh tường Tại đáy hố đào Giới hạn chuyển vị ngang dht/He (%) (<0,5%) M max (kN.m/m) (Neo hot dog) 1,365 6,5 0,42 603,9 Neo thường, khoảng cách các neo 1,7m 1,458 6,8 0,45 645,60 4. KẾT LUẬN Dựa vào kết quả tính toán, phân tích lý thuyết, tính toán bằng phần mềm Plaxis và kết quả thử tải neo tại hiện trường cho phép rút ra được một số kết luận ban đầu như sau: - Neo hotdog có thể rút ngắn được chiều dài neo, tăng khoảng cách giữa các neo so với neo thường. - Khả năng chịu tải của neo hotdog cũng lớn hơn so với neo thường khoảng 20%. - Chiều dài của neo thường khá lớn, có thể dẫn đến độ giãn dài lớn. Mô men của tường vây cũng lớn hơn so với neo hotdog - Cần nghiên cứu thêm kết quả quan trắc thực tế inclinometer của tường vây và hiệu chỉnh thiết kế cho phù hợp với địa chất khu vực đất yếu LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn công ty Krvina và các công ty, đơn vị đã cung cấp số liệu cho bài báo, đặc biệt số liệu thử tải neo Hotdog. ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2019 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hoàng Sơn, và Vũ Quang Trung, “Bố trí hợp lý neo cho tường chắn có neo,” pp. 2–5. [2] Dương Hồng Thẩm, “Đề nghị một phương thức dự báo chuyển vị ngang lớn nhất của tường vây dựa vào các thông số độ cứng không thứ nguyên của hệ chống vách,” Tạp Chí Khoa Học Trường Đại Học Mở Tp.Hcm, vol. 5, no. 44, pp. 74–81, 2015. [3] J. Josifovski, S. Gjorgjevski, and M. Jovanovski, “Numerical analysis of 20.5 m deep excavation with anchored diaphragm wall,” Geotech. Asp. Undergr. Constr. Soft Gr., pp. 835–841, 2012. [4] H. Khabbaz, E. X. Lin, and B. Fatahi, “A Parametric Study on Shoring Structures with Multi-Row Anchors in Layered Soil,” no. June, pp. 81–88, 2014. [5] S. Low and Y. Hup, “Design Challenges and Performance Evaluation of Temporary Removable Ground Anchor in Old Alluvium – A Singapore Case History,” pp. 1–20, 2012. [6] A. M. Dam, “Design of Retaining Walls at Metro Nordhavnen – a Case Story,” pp. 1013–1018, 2016. [7] P. Ali, L. Siavash, and A. Bahram, “A Case Study on Excavation Stabilization Using Ground Anchors and High Pressure Injection,” Grouting and Deep Mixing 2012. pp. 1115– 1123, 10-May-2019. [8] N. C. Lan and T. Q. Manh, “Comparison of Analytical and Numerical Analysis Results of Deep Excavation for Nhon -- Hanoi Urban Railway Project in Hanoi, Vietnam,” in Proceedings of the 2nd International Symposium on Asia Urban GeoEngineering, 2018, pp. 164-173. [9] Châu Trường Linh và Phạm Phú Hải, “Tính Toán Gia Cường Mái Dốc Nền Đào Bằng Hệ Neo Mềm Ứng Suất Trước Chống Sụt Trượt - Đá Rơi Cho Tuyến Đường Hoàng Văn Thái Nối Dài Đi Bà Nà Thành Phố Đà Nẵng ,” vol. 11, no. 96, pp. 103–109, 2015. [10] FHWA, “GEOTECHNICAL ENGINEERING CIRCULAR NO. 4. Ground Anchors and Anchored Systems,” 1999. [11] Bộ khoa học công Nghệ, “TCVN-8870- 2011/: ‘Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu neo đất’.,” 2011. Người phản biện: TS. NGUYỄN ANH DŨNG