Mô phỏng chuyển vị của tường chắn khi thi công hố đào sâu có gia cường cọc xi măng đất dạng kẻ ô

Tóm tắt

Bài báo trình bày nghiên cứu về phương pháp mô hình hóa tương đương cho vùng cọc xi măng đất (CDM) bố trí dạng kẻ ô dưới đáy hố đào sâu trong nền đất yếu, nhằm đánh giá sự khác biệt giữa mô hình phân tích hai chiều và ba chiều. Trong mô hình 2D, vùng gia cố được biểu diễn theo hai dạng: khối đất tương đương có các thông số cơ lý tổng hợp; và các tường CDM song song với tường cừ, bỏ qua thành phần độ cứng ngoài mặt phẳng. Mô hình 3D được thiết lập theo ba mức độ chi tiết: khối đất tương đương, tường CDM một phương và mô hình đầy đủ hệ CDM hai phương dạng kẻ ô cùng toàn bộ kết cấu chắn giữ.

Kết quả phân tích cho thấy mô hình 2D có xu hướng dự báo chuyển vị ngang của tường chắn lớn hơn so với mô hình 3D do không phản ánh được đầy đủ độ cứng không gian và hiệu ứng vòm ba chiều của hệ CDM. Trong các cách mô hình 2D, phương pháp nền đất tương đương cho kết quả kém chính xác và có thể dẫn đến đánh giá thiếu an toàn tại một số vị trí. Ngược lại, mô hình hóa CDM dưới dạng các tường song song với tường chắn cho kết quả chuyển vị và hình dạng đường cong chuyển vị theo chiều sâu gần nhất với mô hình 3D. Kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình tường CDM là phương án mô phỏng 2D hợp lý và thiên về an toàn, phù hợp cho giai đoạn thiết kế sơ bộ, trong khi mô hình 3D vẫn cần thiết đối với các công trình yêu cầu kiểm soát biến dạng nghiêm ngặt.

Abstract

This paper presents a study on the equivalent modeling of cement deep mixing (CDM) columns arranged in a grid-type pattern beneath deep excavations in soft soil, with the aim of evaluating the differences between two-dimensional and three-dimensional numerical analyses. In 2D analyses, the improved ground is modeled in two ways: as an equivalent homogeneous soil mass with composite mechanical parameters; and as CDM walls parallel to the retaining wall, neglecting the out-of-plane stiffness of the grid system. The 3D analyses include three levels of modeling: equivalent soil block, single-direction CDM walls, and the full grid-type CDM system together with all supporting structures.

The results indicate that 2D models generally overestimate wall displacements compared to 3D analyses due to the inability to capture out-of-plane stiffness and three-dimensional arching effects of the CDM system. Among the 2D approaches, the equivalent soil model provides the least accurate predictions and may lead to unsafe assessments at certain depths. In contrast, modeling CDM as parallel walls yields displacement magnitudes and deformation profiles that are closest to those obtained from the full 3D model. The study confirms that the CDM wall approach is a reasonable and conservative 2D modeling method for preliminary design, while 3D analysis remains essential for projects requiring strict control of excavation-induced deformations.