- Tiếp cận các phương pháp tính toán thiết kế các loại kết cấu tường chắn bảo vệ bờ sông, rạch dưới tác động của các nhân tố khác nhau.. Cách tính toán các loại tường chắn đất chọn áp d
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
********
HỒ VĂN TRUNG
NGHIÊN CỨU, LỰA CHỌN GIẢI PHÁP
TƯỜNG CHẮN ĐẤT CHO DỰ ÁN “KHU DÂN CƯ
NGUYÊN SƠN - TP HỒ CHÍ MINH”
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
TP HỒ CHÍ MINH - 2017
Trang 2BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
********
HỒ VĂN TRUNG
NGHIÊN CỨU, LỰA CHỌN GIẢI PHÁP
TƯỜNG CHẮN ĐẤT CHO DỰ ÁN “KHU DÂN CƯ
NGUYÊN SƠN - TP HỒ CHÍ MINH”
NGÀNH KỸ THUẬT ÂY DỰNG CÔNG TR NH GIAO THÔNG
MÃ SỐ 60.58.02.05 CHUYÊN NGHÀNH ÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS VŨ THẾ SƠN
TP HỒ CHÍ MINH - 2017
Trang 3LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu do tôi thực hiện Các số liệu và kết quả nêu trong luận văn chƣa từng đƣợc công bố ở các nghiên cứu khác
Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình!
TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017
Tác giả
Hồ Văn Trung
Trang 4Niềm động viên tinh thần lớn nhất của tác giả là Cha mẹ, Anh chị em và các bạn
bè Đồng nghiệp, những người luôn luôn ủng hộ, động viên và khích lệ để tác giả hoàn thành Chương trình học này
Xin chân thành cảm ơn các bạn lớp Xây dựng đường ô tô và thành phố khóa K23-1 luôn đồng hành bên tác giả trong các kỳ thi cũng như trong quãng thời gian đi tìm tri thức, sẵn sàng hỗ trợ và giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn này
Với những kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế của bản thân, chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót khi thực hiện luận văn Vì vậy, tác giả gởi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy, Cô phản biện và hội đồng bảo vệ luận văn giúp đỡ tìm những thiếu sót trong luận văn này Kính mong Thầy, Cô và các bạn đồng nghiệp đóng góp
để luận văn hoàn thành tốt hơn
Trang 5MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU v
DANH MỤC CÁC H NH VẼ vi
DANH MỤC CÁC KÝ KIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT x
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG CHẮN ĐẤT 4
1.1 Khái quát về tường chắn 4
1.1.1 Khái niệm tường chắn: 4
1.1.2 Phân loại tường chắn đất: 4
1.2 Các loại tường chắn đất thông dụng 7
1.2.1 Tường chắn BTCT: 7
1.2.2 Kè mái thông thường: 8
1.2.3 Tường chắn có cốt: 10
1.2.4 Kè cừ ván DƯL BTCT: 17
1.3 Lý thuyết tính toán ổn định tường chắn đất 21
1.3.1 Quy định chung: 21
1.3.2 Tổng quan về các phương pháp tính toán tường chắn đất: 22
1.3.3 Phương pháp tính toán áp lực đất lên tường chắn: 22
1.3.4 Nguyên lý tính toán áp lực đất chủ động theo C.A Coulomb: 23
1.3.5 Tính áp lực đất bằng phương pháp giải tích: 24
1.3.6 Trường hợp tải trọng phân bố đều tác dụng trên mặt đất đỉnh tường: 26
1.3.7 Nguyên tắc tính áp lực đất bị động theo C.A.Coulomb: 28
1.3.8 Tổng quan về phương pháp tính toán ổn định trượt sâu: 30
1.3.9 Nhóm phương pháp phân tích trạng thái ứng suất biến dạng: 30
1.3.10 Nhóm phương pháp cân bằng giới hạn: 31
1.3.11 Phương pháp tính toán thiết kế một số loại tường chắn: 31
1.3.12 Kết luận chương 1 44
Trang 6CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ DỰ ÁN “ KHU DÂN CƯ NGUYÊN SƠN –
TPHCM” 45
2.1 Sự cần thiết đầu tư dự án 45
2.2 Vị trí dự án 46
2.3 Đặc điểm địa hình, địa mạo 47
2.4 Đặc điểm địa chất công trình 48
2.5 Đặc điểm khí hậu, thuỷ văn 53
2.6 Hình ảnh mô hình dự án 54
2.7 Kết luận 56
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU, LỰA CHỌN GIẢI PHÁP TƯỜNG CHẮN ĐẤT CHO DỰ ÁN “ KHU DÂN CƯ NGUYÊN SƠN – TP HỒ CHÍ MINH” 57
3.1 Cơ sở lựa chọn phương án thiết kế tường chắn đất 57
3.1.1 Mặt bằng tuyến kè: 57
3.1.2 Mặt cắt ngang: 57
3.1.3 Loại và cấp công trình: 57
3.1.4 Số liệu địa chất: 58
3.1.5 Số liệu địa hình: 58
3.1.6 Số liêu thuỷ văn: 58
3.1.7 Yêu cầu mục đích của dự án: 59
3.1.8 Kết luận: Căn cứ vào các tiêu chí trên tác giả đề xuất hai phương án nghiên cứu và áp dụng cho dựa án như sau: 59
3.2 Tính toán và ứng dụng tường chắn đất cho dự án “ khu dân cư Nguyên Sơn - TPHCM : 59
3.2.1 Tường chắn BTCT đổ tại chỗ: 59
3.2.2 Tường chắn BTCT lắp nghép khối lớn ( tường block) 81
3.3 Kết luận chương 3 101
3.3.1 Tóm lược giải pháp công trình theo các phương án: 101
3.3.2 Phân tích và lựa chọn các phương án bố trí cho dựa án: 102
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 104
TÀI LIỆU THAM KHẢO 105
Trang 7DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Bảng thông số kỹ thuật cừ ván BTCT dự ứng lực 19
Bảng 2.1: Một số chỉ tiêu của lớp D 48
Bảng 2.2: Một số chỉ tiêu của lớp 1a 49
Bảng 2.3: Một số chỉ tiêu của lớp 1b 50
Bảng 2.4: Một số chỉ tiêu của lớp 2 51
Bảng 2.5: Một số chỉ tiêu của lớp 3a 51
Bảng 2.6: Một số chỉ tiêu của lớp 3b 52
Bảng 2.7: Bảng thủy văn 2010 trạm Phú An: 54
Bảng 3.1: Số liệu địa chất công trình 58
Bảng 3.2: Số liệu quan trắc thủy văn 58
Bảng 3.3 - Bảng thông số mô hình đất 64
Bảng 3.4 - Bảng thông cọc và sườn tăng cường 64
Bảng 3 5 Các bước tính toán 65
Bảng 3.6 - Tổng hợp kết quả kiểm toán kết cấu 78
Bảng 3.7a - Bảng thống số liệu địa chất 85
Bảng 3.7b - Bảng thống số liệu khối Block 85
Bảng 3.8 - Bảng thống kê hệ số ổn định trong từng khối Block 87
Bảng 3.9 - Bảng tính cốt chịu đứt 91
Bảng 3.10 - Bảng tính chiều dài cốt bị kéo tuột 92
Bảng 3.11 - Bảng thống kê hệ số ổn định trong từng khối Block 96
Trang 8DANH MỤC CÁC H NH VẼ
Hình 1.1 : Phân loại tường chắn đất theo nguyên lý làm việc 5
Hình 1.2: Phân loại tường chắn đất theo hình dáng 6
Hình 1.3: Tường chắn trọng lực 7
Hình 1.4: Tường chắn BTCT 7
Hình 1.5: Tường có và không có sườn góc 7
Hình 1.6: Tường chắn BTCT 8
Hình 1.7: Tường chắn đá hộc xây 8
Hình 1.8: Kè 1 mái dốc 9
Hình 1.9: Kè nhiều mái dốc 9
Hình 1.10: Kè 1 mái tấm đan đúc sẵn lắp ghép 10
Hình 1.11: Kè 2 mái dốc – đá hộc xếp khang 10
Hình 1.12: Kè có cốt bằng VĐKT nhiều lớp và quắn chồng mí 10
Hình 1.13: Lưới địa Tensa + Gạch block 11
Hình 1.14 Tường chắn đa neo 11
Hình 1.15: Nguyên lý chèn cốt liệu vào mắc lưới địa 12
Hình 1.16 : Các kiểu mô đun lắp ghép 12
Hình 1.17 : Các loại kết cấu bờ kè 13
Hình 1.18: Sản xuất các khối lắp nghép tại nhà máy 14
Hình 1.19: Thi công tường chắn lắp nghép 14
Hình 1.20: Các tường chắn điển hình đã áp dụng trên thế giới 15
Hình 1.21: Lưới địa 1 trục 15
Hình 1.22: Lưới địa 2 trục 16
Hình 1.23: Lưới địa 3 trục 16
Hình 1.24: Công trường thi công kè lưới địa và gạch block 17
Hình 1.25: Kè cừ DƯL kết hợp bản neo và thảm đá chống xói 18
Hình 1.26: Kè cừ DƯL kết hợp hệ cọc neo và thảm đá chống xói 18
Hình 1.27: Hình ảnh cừ BTCT Dự ứng lực 19
Hình 1.28: Công trình thực tế dùng cừ BTCT Dự ứng lực 21
Hình 1.29: Sơ đồ tính toán áp lực đất chủ động theo coulomb trường hợp đất rời 23
Trang 9Hình 1.30: Sơ đồ tính áp lực đất khi có tải trọng phân bố đều tác dụng trên mặt đất
đỉnh tường chắn 27
Hình 1.31a: Sơ đồ tính áp lực đất khi có tải trọng cục bộ lên trên mặt đỉnh vật liệu đắp 28
Hình 1.31b: Sơ đồ tính toán áp lực đất bị động theo Coulomb 29
Hình 1.32: Sơ đồ chung tính toán kết cấu tường chắn thông thường 32
Hình 1.33 : Sơ đồ tính neo lưới thép 35
Hình 1.34: Các loại áp lực đất và lý thuyết về tường chắn vải địa kỹ thuật 37
Hình 1.35: Phân tích bài toán hố đào bằng Plaxis 2D 43
Hình 1.36: Phân tích bài toán móng bè bằng Plaxis 3D Foundation 43
Hình 2.1 : Vị trí Khu dân cư Nguyên Sơn trong sơ đồ phân bố các dự án trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh 45
Hình 2.2 : Ranh giới Khu dân cư Nguyên Sơn 47
Hình 2.3: Hồ cảnh quan tạo nhiều không gian sinh động cho khu dân cư Nguyên Sơn 54
Hình 2.4: Khu trung tâm khu dân cư Nguyên Sơn nhìn từ rạch Lào 55
Hình 2.5 : Khu trung tâm khu dân cư Nguyên Sơn nhìn từ rạch Lào 55
Hình 3.1a : Tổng quan mặt bằng tuyến kè nghiên cứu 57
Hình 3.1b: Mặt cắt ngang điển hình 60
Hình 3.2: Mặt bằng chi tiết 60
Hình 3.3 : Chi tiết tường chắn BTCT 61
Hình 3.4 : Chi tiết cọc bê tông ly tâm dự ứng lực D350mm đúc sẵn 61
Hình 3.5 : Chi tiết liên kết đầu cọc vào bản đáy tường chắn 62
Hình 3.6 : Bảng thông số kỹ thuật của cọc BTDUL 62
Hình 3.7: Mô hình tính toán 65
Hình 3.8: Lớp cát đắp 66
Hình 3.9: Lớp 1a 67
Hình 3.10: Lớp 1b 68
Hình 3.11: Lớp 3b 69
Hình 3.12 - Tường BTCT 69
Hình 3.14 - Cọc BTDUL 70
Trang 10Hình 3.15 - Sườn tăng cường 71
Hình 3.16: Tải trọng thi công 71
Hình 3.17: Mô hình phát sinh ứng suất đất nền 72
Hình 3.18: Mô hình phần tử kết cấu 72
Hình 3.19: Các Phase tính toán 73
Hình 3.20: Mô hình biếng dạng tổng thể kết cấu 73
Hình 3.21: Mô hình kết quả ổn định tổng thể 74
Hình 3.22: Kết quả ổn định tổng thể kết cấu Msf =1.54 74
Hình 3.23: Mô hình chuyển vị ngang tường chắn 75
Hình 3.24: Chuyển vị ngang lớn nhất của đỉnh tường chắn khi khai thác công trình lâu dài Umax = 1,63 cm 75
Hình 3.25a: Biểu đồ mô ment của cọc D350mm, Mmax = 42.97 KN/m 76
Hình 3.25b: Biểu đồ lực dọc của cọc D350, Nmax = 581.90 KN/m 76
Hình 3.26: Biểu đồ lực cắt và momen tường đứng( qmax = 30.54 KN/m, Mmax = 45.15 KN/m) 77
Hình 3.27: Biểu đồ lực cắt và momen tường đứng( qmax = 64.29 KN/m, Mmax = 123.31 KN/m) 77
Hình 3.28: Mặt cắt ngang điển hình 81
Hình 3.29: Mặt bên khối Block 82
Hình 3.30: Mặt trước khối Block 82
Hình 3.31: Mặt bằng khối Block 82
Hình 3.32: Rãnh đặt lưới địa kỹ thuật 83
Hình 3.33: Bố trí cốt thép mặt bên và mặt giữa 83
Hình 3.34: Bố trí cốt thép mặt sau và mặt trước 83
Hình 3.35: Chi tiết lắp ghép hoàn chỉnh một moddun khối Block kè nghiêng 84
Hình 3.36: Mô hình tính toán tường BTCT lắp nghép khối lớn 85
Hình 3.37 - Các lực tác dụng lên tường BTCT 98
Hình 3.38: Mắt cắt ngang có lưới địa kỹ thuật gia cường 88
Hình 3.39: Mô phỏng lưới địa kỹ thuật gia cường 88
Hình 3.40: Sơ đồ mô hình tính 89
Hình 3.41: Mô hình kiểm toán khả năng cốt bị kéo đứt 90
Trang 11Hình 3.42: Mô hình kiểm toán khả năng cốt bị kéo tuột 91
Hình 3.43 : Kết quả Ổn định lật, trượt tổng thể 96
Hình 3.44: Tập kết cọc bê tông ly tâm tại công trường 97
Hình 3.45: Thi công cừ Lasen dưới nước 97
Hình 3.46: Thi công cọc ly tâm BTDUL 110
Hình 3.47: Thi công đắp đất mái kè 98
Hình 3.48: Thi công trãi lưới địa kỹ thuật 98
Hình 3.49: Thi công bodkin liên kết lưới địa 110
Hình 3.50: Thi công neo lưới địa vào gạch Block 98
Hình 3.51: Thi công lắp đặt gạch Block 99
Trang 12DANH MỤC CÁC KÝ KIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BTCT : Bê tông cốt thép
Mfs : Hệ số ổn định lật
SFO : Hệ số ổn định trƣợt
SFb : Hệ số ổn định tổng thể
EA: : Mô đun độ cứng chống nén
EI: : Mô đun độ cứng chống uốn
DƢL : Dự ứng lực
Trang 13MỞ ĐẦU
1 Tính cấp thiết của đề tài
- Hiện nay cùng với sự phát triển của nền kinh tế thị trường, gia nhập WTO và đầu
tư từ các nguồn vốn nước ngoài (ODA, WB,…) vào Việt Nam và , đòi hỏi nhu cầu mở rộng các tuyến đường Quốc lộ, tỉnh lộ, đường trong khu dân cư dọc bờ kênh, bờ sông
để phục vụ cho quá trình công nghiệp hóa và đô thị hóa đất nước
- Trong những năm gần đây do nhu cầu phát triển kinh tế xã hội của đất nước, việc
xây dựng mới cải tạo nâng cấp cơ sở hạ tầng ở TPHCM đã và đang trở thành một số vấn đề được quan tâm nhiều nhất, là một trong những địa bàn có nhiều sông rạch ven theo là những con đường, những khu biệt thự cao cấp và các khu nhà cao tầng mới xây dựng tạo nên việc chỉnh trang đô thị ven các sông rạch, bảo vệ bờ sông tạo nên để ứng phó với các tác động thiên nhiên như địa chất mền yếu, thủy lực dòng chảy diễn biến phức tạp, tình trạng ngập úng diễn ra phức tạp theo thời gian cũng như hiện tượng biến đổi khí hậu, nước biển dâng lên hàng năm và đã tác động trực tiếp đến thành phố nói riêng và toàn khu vực đồng bằng sông Cửu Long nói chung
- Chính vì vậy việc “Nghiên cứu, lựa chọn giải pháp tường chắn đất cho dự án “
Khu Dân Cư Nguyên Sơn – Tp.HCM” Đảm bảo hiệu quả kinh tế , thời gian thi công
và yêu cầu về chất lượng kết hợp mỹ quan công trình là cần thiết
2 Mục tıêu nghıên cứu của đề tàı
- Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu, đánh giá hiệu quả của việc sử dụng của các
loại tường chắn để đưa ra giải pháp kết cấu ứng dụng cho dự án Tuy nhiên do giới hạn thời gian luận văn do đó chỉ tập trung nghiên cứa, phân tích ứng dụng tường chắn BTCT đổ tại chỗ và tường chắn BTCT lắp nghép khối lớn ( tường BLOCK) cho dự án
“ Khu Dân Cư Nguyên Sơn – Tp.HCM”
3 Đối tượng nghiên cứu
- Nghiên cứu sự làm việc của các loại tường chắn đất khác khi xây dựng công trình
(đường ôtô, công trình dân dụng ) qua vùng đất yếu
4 Phạm vi nghiên cứu
- Đề tài tập trung nghiên cứu, đánh giá tường chắn trên cơ sở phân tích, tính toán,
đánh giá hiệu quả của việc ứng dụng tường chắn BTCT đổ tại chỗ và tường chắn
Trang 14BTCT lắp nghép khối lớn ( tường BLOCK)” thông qua dự án “ Khu Dân Cư Nguyên
Sơn - Tp.HCM” đang chuẩn bị triển khai thực tế
5 Phương pháp nghiên cứu
- Thu nhập tài liệu và tìm hiểu về các loại kết cấu tường chắn bảo vệ bờ sông, rạch
trong và ngoài nước, đặc biệt là khu vực nghiên cứu
- Tìm hiểu điều kiện tự nhiên trong khu vực nghiên cứu như đặc điểm cấu tạo, địa
chất, địa hình, thủy văn
- Tiếp cận các phương pháp tính toán thiết kế các loại kết cấu tường chắn bảo vệ
bờ sông, rạch dưới tác động của các nhân tố khác nhau
- Đề xuất giải pháp kết cấu công trình, tính toán và kiểm toán ổn định, biến dạng
kết cấu công trình bằng phương pháp phần tử hữa hạn và phương pháp giải tích
- So sánh kết quả nghiên cứu các loại giải pháp tường chắn công trình khác nhau
và đưa ra các kiến nghị khi đưa công trình vào ứng dụng thực tế
6 Công cụ nghiên cứu
- Mô hình hóa kết cấu tường cừ bằng phần mềm Plaxis để kiểm tra nội lực tường
chắn, cọc BTCT, ổn định tổng thể, chuyển vị đầu tường
- Kiểm tra tính ổn định lật trượt các khối Block bằng phần mềm G05 Mô đun Redi
rock wall ( thiết kế tường chắn)
- Kiểm tra cốt thép tường chắn và sức chịu tải của cọc bằng bảng tính excle do
Công ty Đường Việt lập theo các tiêu chuẩn hiện hành
- Tham khảo Các phần mền tính toán kết cấu khác
7 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tıễn
Trang 158 Kết cấu của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo, luận văn kết cấu gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về tường chắn đất
Chương 2: Tổng quan về dự án “ khu dân cư Nguyên Sơn – TPHCM”
Chương 3: Nghiên cứu, lựa chọn giải pháp tường chắn đất cho dự án “ khu dân cư Nguyên Sơn – TP Hồ Chí Minh”
Trang 16CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG CHẮN ĐẤT Nội dung chương này sẽ trình bày ưu nhược điểm của các loại tường chắn Lý thuyết tính toán tường chắn theo phương pháp giải tích Cách tính toán các loại
tường chắn đất chọn áp dụng cho dự án ” Khu Dân Cư Nguyên Sơn – TPHCM”
1.1 Khái quát về tường chắn:
1.1.1 Khái niệm tường chắn:
- Tường chắn là công trình giữ cho mái đất đắp hoặc hố đào khỏi bị sạt trượt
Tường chắn đất được sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng, thủy lợi giao thông Khi làm việc, lưng tường chắn tiếp xúc với khối đất sau tường và chịu tác dụng của áp lực đất [5]
1.1.2 Phân loại tường chắn đất:
- Tường chắn đất thường được phân loại theo bốn cách sau đây nhằm mục đích
khác nhau:
1.1.2.1 Phân loại theo độ cứng:
- Biến dạng của bản thân tường chắn đất (độ uốn) làm thay đổi điều kiện tiếp xúc
giữa lưng tường chắn với khối đất đắp sau tường, do đó làm thay đổi trị số áp lực đất tác dụng lên lưng tường và cũng làm thay đổi dạng biểu đồ phân bố áp lực đất theo chiều cao tường Theo cách nay tường được phân làm 2 loại:
+ Tường cứng: không có biến dạng uốn khi chịu áp lực đất mà chỉ có chuyển vị tịnh tiến và xoay Tường cứng thường là khối bê tông, bê tông đá hộc, gạch đá xếp nên còn gọi là tường khối
+ Tường mềm là tường có biến dạng uốn khi chịu áp lực đất Tường mềm thường là những tường gỗ, thép, bê tông cốt thép ghép lại
1.1.2.2 Phân loại theo nguyên tắc làm việc:
- Tường chắn đất là loại công trình thường xuyên chiu lực đẩy ngang, do đó tính
ổn định chống trượt chiếm một vị trí quan trọng đối với tính ổn định chung của tường Theo quan điểm này tường chắn được phân ra làm các loại sau:
+ Tường trọng lực : độ ổn định được đảm bảo chủ yếu do trọng lượng bản thân tường Các loại tường cứng đều thuộc loại tường trọng lực
+ Tường nửa trọng lực : độ ổn định được đảm bảo không những chi do trọng
Trang 17lực bản thân tường và bản móng mà còn do trọng lượng của khối đất đắp nằm trên bản móng Loại tường này thường làm bê tông cốt thép nhưng chiều dày của tường cũng khá lớn (còn gọi là tường dày)
+ Tường bản góc (Hình 1.1c): độ ổn định được đảm bảo chủ yếu do trọng lượng khối đất đắp đè lên bản móng Tường và móng là những bản, tấm bê tông cốt thép mỏng nên trọng lượng của bản thân tường và móng không lớn Tường bản góc có dạng chữ L nên có khi còn gọi là tường chữ L
+ Tưởng mỏng : sự ổn định của loại tường này được đảm bảo bằng cách chon chân tường vào trong nền Do đó loại tường này còn gọi là tường cọc và tường cừ Để giảm bớt độ sâu chôn trong đất của tường và để tăng độ cứng của tường người ta thường dùng dây neo
Hình 1.1 : Phân loại tường chắn đất theo nguyên lý làm việc
1.1.2.3 Phân loại theo chiều cao:
- Chiều cao của tường thay đổi trong một phạm vi khá lớn tùy theo yêu cầu thiết
kế Trị số áp lực đất tỉ lệ bậc hai với chiều cao tường Theo chiều cao tường chắn được phân thành 3 loại:
+ Tường thấp: có chiều cao nhỏ hơn 10m
+ Tường cao : có chiều cao lơn hơn 20m
+ Tường trung bình: có chiều cao từ 10m-20m
- Phân loại theo góc nghiên của lưng tường:
+ Tường dốc (Hình 1.2a,b): được phân thành tường thuận và tường dốc nghịch
+ Tường thoải (Hình 1.2c) : góc nghiêng α của lưng tường lớn
Trang 18Hình 1.2: Phân loại tường chắn đất theo hình dáng
1.1.2.4 Phân loại theo kết cấu:
- Về mặt kết cấu, tường chắn được chia ra làm tường liền khối và tường lắp ghép
+ Tường liền khối làm bằng bê tông, bê tông đá hộc, gạch xây, đá xây hay bằng
bê tông cốt thép Tường bản góc (hay tường chữ L) kiểu congxon hoặc kiểu có bản sườn cũng thường làm bằng bê tông cốt thép đổ liền khối
+ Tường lắp ghép gồm các cấu kiện bằng bê tông cốt thép đúc sẵn lắp ghép lại với nhau theo những sơ đồ kết cấu định sẵn Cấu kiện đúc sẵn thường là những thanh hoặc những tấm không lớn để tiện vận chuyển
- Tùy theo sơ đồ kết cấu lắp ghép, tường lắp ghép thường có mấy kiểu sau:
+ Kiểu chữ L gồm những khối và tấm bê tông cốt thép lắp ráp lại, kiểu hàng rào gồm nhiều thanh bê tông cốt thép làm trụ đứng hay trụ chống và các bản ghép lại, kiểu hộp một tầng hay hai tầng, trong hộp đổ đầy cát sỏi, kiểu chuồng gồm nhiều thanh đặt dọc ngang xen kẽ nhau, trong chuồng đổ cát sỏi
+ Tường rọ đá: gồm các rọ đá nối ghép lại với nhau Những rọ đá bằng lưới sắt hoặc lưới polime được xếp từng lớp, kết nối với nhau rồi xếp đá hộc vào tường rọ + Tường đất có cốt: là dạng hiện đại cuả các bao tải đất chất đống thô sơ của nhân dân Tường đất có cốt có nhiều ưu điểm: nhẹ, chịu lún rất tốt nên có thể thích ứng với các đất nền không tốt [8]
Trang 191.2 Các loại tường chắn đất thông dụng:
1.2.1 Tường chắn BTCT:
- Một số loại tường chắn BTCT thường sử dụng: có 2 dạng cơ bản
Hình 1.3: Tường chắn trọng lực
Hình 1.4: Tường chắn BTCT
Hình 1.5: Tường có và không có sườn góc
- Đặc điểm cấu tạo:
Về vật liệu: Đá, BTCT, gạch, rọ đá…
Về hình dạng:
+ Đối với tường trọng lực Tường lưng thẳng bên trong, lưng thẳng bên
ngoài, xiên hai bên (hỗn hợp) và một số hình dạng khác
+ Đối với tường BTCT Dạng chữ L, T, dạng có và không có sườn gia
cường
Trang 20- Phân tích ưu nhược điểm
Ưu điểm Thi công đơn giản, có thể tận dụng vật liệu địa phương, giá thành
hạ
Nhược điểm: Vì trọng lượng bản thân tương đối lớn nên phương án này chỉ
phù hợp với khu vực có địa chất tương đối tốt, nếu địa chất yếu phải sử dụng hệ cọc BTCT
- Các hình ảnh thực tế đã sử dụng:
Hình 1.6: Tường chắn BTCT
Hình 1.7: Tường chắn đá hộc xây 1.2.2 Kè mái thông thường:
- Đặc điểm cấu tạo:
Về vật liệu: Đá hộc xây, đá hộc xếp khang, BTCT, tấm đan, rọ đá, gạch có lỗ
trồng cỏ…
Về hình dạng 2 loại cơ bản (kè 1 mái và nhiều mái dốc)
Trang 21ĐÁ DĂM 4-6 DÀY 15CM
870
VẢI Đ?A KY? THUẬT
ĐÁ DĂM 4-6 DÀY 20CM
VẢI Đ?A KY? THUẬT ĐÁ DĂM HO? N HỢP DÀY 20CM
ĐÁ DĂM HO? N HỢP DÀY 20CM ĐÁ HỘC XẾP D=30 DÀY 30CM
- Phân tích ưu nhược điểm:
Ưu điểm: Thi cơng đơn giản, cĩ thể tận dụng vật liệu địa phương, giá thành
Trang 22- Một số loại tường chắn có cốt thường sử dụng:
Hình 1.12: Kè có cốt bằng VĐKT nhiều lớp và quắn chồng mí
Trang 23Hình 1.13: Lưới địa Tensa + Gạch block
Hình 1.14 Tường chắn đa neo
- Đặc điểm cấu tạo: Nguyên lý làm việc chính của tường có cốt là dựa vào ma sát
giữa đất đắp và hệ thống neo để ổn định mái đất đắp, bề mặt ngoài là tường bê tông hoặc gạch block để tạo bề mặt
Cốt bằng VĐKT nhiều lớp Đây là giải pháp đơn giản nhất, hệ thống neo là
các lớp VĐKT được xếp chồng lên nhau từ 30-50cm, cường độ chịu kéo của
vải phụ thuộc vào chiều cao đất đắp
Lưới địa Tensa + Gạch block Cấu tạo bởi 2 thành phần chủ yếu là gạch
block tạo mặt tường chắn và lưới Tensa tạo hệ thống neo giữ Các hạt đất được chèn vào các mắc lưới để chống lực đẩy ngang và tăng khả năng chịu lực của đất đắp
Trang 24Hình 1.15: Nguyên lý chèn cốt liệu vào mắc lưới địa
+ Gạch block:
Hiện nay có rất nhiều kiểu mô hình của khối bê tông lắp ghép tùy thuộc vào kiểu kiến trúc, yêu cầu sử dụng, điều kiện địa chất, địa hình và yêu cầu của khách hàng mà có các kiểu mô đun lắp ghép khác nhau
Hình 1.16 : Các kiểu mô đun lắp ghép
Trang 25 Phạm vi áp dụng: Kết cấu tường chắn bờ kè chống sạt lỡ, trượt
Hình 1.17 : Các loại kết cấu bờ kè
Vật liệu sử dụng:
+ Bê tông: từ C30 trở lên
+ Cốt thép thường: phù hợp với tiêu chuẩn JIS G3112 hoặc tương đương
+ Phụ gia: các loại phụ gia sử dụng có đủ chứng chỉ kỹ thuật được các cơ quan
quản lý nhà nước công nhận và phải phù hợp với tiêu chuẩn ASTM C494
Công tác chế tạo:
+ Bước 1: Buộc cốt thép, lắp dựng ván khuôn ( cố định cốt thép theo thiết kế ,
sau đó vệ sinh và lắp dựng ván khuôn)
+ Bước 2: Đổ và đầm bê tông ( Bê tông được định lượng và đổ vào khuôn, đầm
Trang 26Hình 1.18: Sản xuất các khối lắp nghép tại nhà máy
Hình 1.19: Thi công tường chắn lắp nghép
Trang 27Hình 1.20: Các tường chắn điển hình đã áp dụng trên thế giới
+ Lưới Tensa: Có 3 loại (1 trục, 2 trục và 3 trục)
+ Lưới địa 1 trục (Unixual geogrid) : có sức kéo theo hướng dọc máy thường
để dùng cho giải pháp gia cố tường chắn và gia cố mái dốc…
Hình 1.21: Lưới địa 1 trục
+ Lưới 2 trục (Bixual geogrid) có sức kéo cả 2 hướng, thường dùng để gia có
nền đường, nền móng công trình v.v Trái với vải, hướng ngang máy có sức chịu kéo
lớn hơn dọc máy
Trang 28Hình 1.22: Lưới địa 2 trục
+ + Lưới 3 trục Với cấu trúc lưới tam giác nguyên khối nhựa HDPE có cường
độ chịu kéo đều theo tất cả các phương, kết hợp với hiệu quả liên kết giữ các phân tử vật liệu và sự tương tác có được một phần nhờ độ dày của thành lưới và cường độ của mối nối liên kết, lưới Tensar TriAx 3 trục tạo nên lớp gia cố có hiệu quả hoạt động ấn
tượng về mặt lưu lượng giao thông và phân bố trọng tải
Hình 1.23: Lưới địa 3 trục
- Tường chắn đa neo Tường chắn đa neo là loại tường chắn được phát triển
dựa trên tường tường chắn có cốt bằng cách tạo bản neo ở cuối của thành neo để tạo lực ma sát giữ ổn định cho tường
- Do tận dụng được ưu điểm của bản neo nên tường chắn đa neo có độ ổn định
cao hơn tường chắn có cốt thông thường và có thể sử dụng cho các tường chiều cao lớn lên đến 30m
- Phân tích ưu nhược điểm:
Ưu điểm Do các block gạch đúc sẵn và lắp ghép nên thi công nhanh, khả
năng chịu lực lớn và chiều cao của tường cao hơn tường bình thường Thi công đơn giản có thể tận dụng nhân công và phương tiện địa phương
Nhược điểm Kỹ thuật neo mốc, lắp đặt các gạch block cần phải có độ chính
xác cao vì ảnh hưởng tới ổn định Thi công lu lèn phải tuyệt đối an toàn vì có thể gây
sụp đổ mái
Trang 29- Phạm vi áp dụng:
+ Đường đầu cầu
+ Tường chắn cho công trình dân dụng
+ Yêu cầu mái đắp không có taluy (giới hạn rảnh đất)
Trang 30Hình 1.25: Kè cừ DƯL kết hợp bản neo và thảm đá chống xói
8:1 8:1
Hình 1.26: Kè cừ DƯL kết hợp hệ cọc neo và thảm đá chống xói
- Đặc điểm cấu tạo:
Trang 31Chủng loại Chiề
u dài (m)
Chiều cao (mm)
Chiều rộng (mm)
Trọng lượng (T)
Sức chịu tải của cọc theo vật liệu Sức kháng
dọc trục (T)
Moment cường độ (T.m)
M chống nứt (T.m)
Trang 32Phân tích ưu nhược điểm:
+ Sử dụng vật liệu cường độ cao(bê tông, cốt thép) nên tiết kiệm vật liệu Cường độ chịu lực cao nên khi thi công ít bị vỡ đầu cọc, mối nối Tuổi thọ cao
+ Chế tạo được cọc dài hơn (có thể đến 24m/cọc) nên hạn chế mối nối
+ Sau khi thi công sẽ tạo thành 1 bức tường bê tông kín nên khả năng chống xói cao, hạn chế nở hông của đất đắp bên trong
+ Thi công dễ dàng và chính xác, không cần mặt bằng rộng, bởi giải toả mặt bằng rất tốn kém, chỉ cần xà lan và cẩu vừa chuyên chở cấu kiện vừa ép cọc là thi công được
+ Công nghệ chế tạo phức tạp hơn cọc đóng thông thường
+ Thi công đòi hỏi độ chính xác cao, thiết bị thi công hiện đại hơn (búa rung, búa thuỷ lực, máy cắt nước áp lực…)
+ Giá thành cao hơn cọc đóng truyền thống có cùng tiết diện
+ Khó thi công theo đường cong có bán kính nhỏ, chi tiết nối phức tạp làm hạn chế độ sâu hạ cọc
Phạm vi áp dụng:
+ Tường chắn chống xói lở đất dọc bờ sông
+ Kè kênh mương
+ Kè hồ chứa nước
Trang 33+ Tường chắn đất trên các trục giao thông
+ Kè bảo vệ các công trình cảng, lấn biển
+ Và các công trình chuyên dụng khác
Phương pháp thi công:
- Phương pháp thi công bằng búa rung kết hợp xói nước, đóng bằng búa diezel kiểu ống, búa rung va đập, đóng bằng búa thủy lực
+ Lắp đặt và định vị khung dẫn hướng
+ Dùng cẩu móc vào phía đỉnh cọc để di chuyễn đến vị trí cọc cần đóng
+ Dưới sức nặng của bản thân cọc và sức mạnh của tia nước bắn ra phía mũi cọc
- Tường chắn đất là loại công trình thường xuyên chịu tác dụng của lực đẩy
ngang (áp lực đất) khá lớn Do đó tính toán ổn định của tường chắn phải tuân theo quy định của Quy phạm thiết kế nền các công trình thủ công - công trình chịu lực đẩy ngang thường xuyên [10]
- Đối với tường chắn trên nền đất thì cần tính toán ổn định tường chắn theo
những sơ đồ tính toán về trượt Trượt phẳng, trượt hỗn hợp và trượt sâu
- Đối với những tường chắn đất có nền là đá thì cần tính toán sơ đồ trượt phẳng
và sơ đồ lật của tường quanh chân tường trước Tường chắn được tính toán cho ba trường hợp: sử dụng, xây dựng và sửa chữa
Trang 34- Khi tính toán tường chắn đất về các mặt ổn định về trượt lật - tức tính theo
trạng thái giới hạn thứ nhất cần phải tính với tổ hợp tải trọng và tác động bất lợi nhất
có thể xảy ra trong giai đoạn sử dụng, sửa chửa cũng như trong quá trình xây dựng
- Ngoài việc tính toán về ổn định tường chắn đất còn phải được tính toán về
mặt biến dạng, tính theo trạng thái giới hạn hai với mục đích kiểm tra điều kiện làm việc của tường chắn như một công trình độc lập hoặc như một bố phận của công trình Việc tính toán theo biến dạng cần được thực hiện đối với tổ hợp tải trọng phản ánh điều kiện làm việc của tường chắn hoặc những thiết bị có trên tường
- Khi tính toán cần tiến hành đối với ba tổ hợp tải trọng và tác động:
+ Tổ hợp cơ bản
+ Tổ hợp đặc biệt
+ Tổ hợp tải trọng trong thời kỳ thi công
1.3.2 Tổng quan về các phương pháp tính toán tường chắn đất:
- Về nguyên tắc tính toán tường chắn, đối với mỗi một lọai tường chắn, tùy theo
kết cấu và khả năng chịu lực mà có các phạm vi áp dụng khác nhau Tuy nhiên, tất cả các tính toán tường chắn đều phải qua 3 bước cơ bản, đó là:
+ Bước 1: Tính toán xác định áp lực đất lên tường chắn
+ Bước 2: Tính toán thiết kế kích thước tường chắn trên cơ sở kiển toán 4 điều kiện về độ bền của thân tường, độ ổn định chống lật và chống trượt phẳng của tường (kết cấu) và độ ổn định của nền móng chân tường dưới tác động do áp lực đất đá
và tải trọng ngoài, kể cả động đất (nếu có) gây ra
+ Bước 3: Kiểm toán ổn định của toàn bộ công trình tường chắn với sự ổn định chung của nền đường và mái dốc
1.3.3 Phương pháp tính toán áp lực đất lên tường chắn:
- Hiện nay có nhiều phương pháp tính toán áp lực đất lên tường chắn Trong đó,
nổi bật lên phương pháp tính toán theo lý thuyết C.A.Coulomb với giả thiết mặt trượt gần đúng sau tường có dạng hình nêm và phương pháp tính toán chính xác tính theo trạng thái giới hạn Phương pháp áp lực đất theo phương pháp C.A Coulomb được ưa chuộng hơn và được sử dụng rông rãi
- Theo phương pháp C.A Coulomb, áp lực đất chủ động Ea được xem như áp lực của một khối đất cố thể có dạng hình nêm sau tường chắn gây ra Cường độ áp lực
Trang 35đấtt theo phương pháp được tính như sau:
1.3.4 Nguyên lý tính toán áp lực đất chủ động theo C.A Coulomb:
- Để lập công thức tính toán áp lực đất cho bài toán tường chắn C.A dựa vào
một số giả thiết sau: bài toán tường chắn là bài toán phẳng, thường tính cho 1m chiều dài tường Khi đạt tới trạng thái cân bằn giới hạn, lăng thể ABC (xem hình) bị trượt toàn bộ như một cố thể được coi là sự cân bằng giới hạn nhưng chỉ xảy ra trên mặt trượt AB và BC mà thôi
- Khi tường chuyển vị ngang hoặc quay một góc nhỏ về phía trước, thì lăng thể
ABC có xu hướng trượt xuống theo hai mặt AB, BC và đạt tới trạng thái cân bằng chủ động Lúc đó các lực tác dụng vào cố thể ABC, (xem hình) gồm có:
+ Trọng lượng bản thân W của cố thể ABC
+ Phản lực R của phần đất còn lại đối với lăng thể trượt
- Phản lực này có thể phần thành 2 thành phần là N1 và T1 và có phương làm với pháp tuyến của mặt trượt một góc ma sát trong φ
- Phản lực Ea của mặt tường đối với lăng thể trượt Phản lực này có thể phân ra làm hai thành phần N2 và T2 và có phương làm với pháp tuyến của mặt tường một góc bằng góc ma sát ngoài δ Vì lưng tường cố định nên phương của E không đổi
Hình 1.29: Sơ đồ tính toán áp lực đất chủ động theo coulomb trường hợp đất rời
Khi khối đất sau lưng tường đặt trạng thái cân bằng giới hạn thì ba lực trên sẽ đồng
quy và tam giác lực do chúng tạo thành có dạng khép kín (xem hình 1.3)
Theo hệ thức lượng trong tam giác thường, có thể rút ra:
) sin(
) sin(
Trang 36φ – góc ma sát của đất
ψ = 90º-(δ+α)
δ – góc ma sát ngoài
α – góc nghiên của lưng tường
ε – góc tạo bởi phương mặt trượt với phương ngang
- Từ biểu thức (1-1) và hình (1.3) có thể thấy rằng, khi mặt trượt BC thay đổi,
tức góc ε thay đổi, thì W cũng thay đổi theo, do đó Ea cũng thay đổi Khi ε=η thì W= 0
và khi ε=φ thì sin (ε-φ)=0 do đó E cũng bằng 0 Vậy khi ε biến thiên trong khoảng từ φ-η thì có một lúc nào đó E đạt đến trị số lớn nhất Trị số đó ứng với áp lực đất chủ động và kí hiệu là Ea, mặt trượt tương ứng với Ea là mặt trượt tính toán
- Để tình áp lực đất chủ động có thể dùng phương pháp giải tích hay phương
pháp đồ giải
1.3.5 Tính áp lực đất bằng phương pháp giải tích:
- Người ta xét trong trường hợp khi bề mặt khối đất đắp sau lưng tường là một
mặt phẳng và làm với đường nằm ngang một góc nghiêng β, (xem hình 1.3) Trước hết người ta vẽ hai đường trục BG và BK, trong đó BG gọi là trục ma sát và làm với đường nằm ngang một góc φ, còn trục BK gọi là trục dẫn hướng và làm với lưng tường một góc bằng φ+δ, cũng tức là tạo bởi đường kéo dài của trục ma sát một góc bằng ψ [10]
- Giả sử BC là mặt trượt ứng với Ea Từ A và C vẽ các đường AD và CH song song với trục dẫn hướng BK
- Vì tam giác BCH đồng dạng với tam giác lực (xem hình 1.3) nên có:
BH
CH W a
E
- Trong đó:
W- trọng lượng của lăng thể trượt
) 0
90 sin(
2
90 sin(
2
BH
CH a
Trang 37Có thể thấy rằng:
GD
GH AD
CH
DG
HD AG
CH . và
DG
HD AG
AC .
Thay vào (a) ta đƣợc:
) 90
sin(
.
.
2
BH GD
GH AD DG
HD AG AB
AG AD AB
(b) Biểu thức này cho ta thấy rằng cực đại của Ea chỉ phụ thuộc vào cực đại của
biểu lƣợng
HB
GH HD.
mà thôi vì AB, AD, AG, GD đều là những đại lƣợng không phụ thuộc và góc trƣợt ε
Đặt BD=a, BH=x và BG =b thì biểu thức lƣợng trên có thể viết thành:
x
x b a
Trang 38cos( )
* sin( )
a
- hệ số áp lực chủ động
2
2 2
1.3.6 Trường hợp tải trọng phân bố đều tác dụng trên mặt đất đỉnh tường:
- Khi đỉnh mặt đất đắp có tải trọng phân bố đều, người ta tính đổi tải trọng này
thanh chiều dày lớp đất tương đương h0 có cùng dung trọng Ứng suất nén thẳng đứng tác dụng tại bề mặt của đất đắp là γh0 ứng suất hướng ngang của nó là γh0λ0 Tác dụng lên toàn lưng tường (xem hình 1.4)
- Do đó biểu đồ ứng suất nén chủ động của đất biến thành hình thang, áp lực đất
là tổng diện tích hình thang, tức:
Trang 392 1
1 2
2 (1 h )
3 3
tc y
Z
- Trường hợp tải trọng phân bố cục bộ tác dụng trên mặt đất đỉnh tường:
Khi tải trọng phân bố cục bộ trên mặt đất đỉnh tường chắn thì có công thức tính toán góc trượt θvà áp lức đất chủ động Ea như sau:
0 0 2
12
tc
h h H
Trang 40- Muốn xác định được điểm tác dụng của áp lực đất, người ta phải vẽ biểu đồ
ứng suất nén của đất và điểm tác dụng của áp lực dất chính ta tâm hình của biểu đồ ứng suất nén của đất Giả thiết ảnh hưởng của tải trọng cục bộ đối với lưng tường song song với phương hướng của mặt trượt (xem hình 1.5) và vẽ được biểu đồ ứng suất nén của đất Vị trí tâm hình của biểu đồ đó là:
2 1
y
h h H h h H
tg tg
0 2
b h
tg tg
Trong đó:
b0- chiều rộng của tải trọng phân bố đều cục bộ
d- khoảng cách từ cạnh bên của tải trọng đếu mép trong của đỉnh tường
Hình 1.31a: Sơ đồ tính áp lực đất khi có tải trọng cục bộ lên trên
mặt đỉnh vật liệu đắp
1.3.7 Nguyên tắc tính áp lực đất bị động theo C.A.Coulomb:
- Dưới tác dụng của lực ngoài, tường chắn chuyển vị về phía đất và gây ra trạng
thái cân bằng giới hạn bị động thì đất sau tường cá khả năng bị trượt lên trên theo mặt
BC và BA,(xem hình 1.6a) Ở trạng thái cân bằng giới hạn lăng thể ABC chịu tác dụng của các lực: