HƯỚNG DẪN THỰC HIỆN ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH NGẦM - ĐÀO HỐ

Mục tiêu của đồ án là tạo cho sinh viên kỹ năng phân tích đánh giá các yếu tố ảnh hởng đến kếtcấu công trình trong quá trình thi công và khai thác, biết tập hợp số liệu, đánh gía điều ki

trờng đại học kiến trúc hà nội

khoa xây dựng

bộ môn xây dựng công trình ngầm đô thị

Hớng dẫn

Thực hiện đồ án môn học(tính toán, thiết kế kết cấu công trình ngầm

thi công bằng phơng pháp đào hở)

chủ trì : T.S nguyễn đức nguôn thực hiện:

Các công trình ngầm thi công bằng phơng pháp đào hở có thể có dạng tập trung (các siêu thị ngầm,

ga ra ô tô ngầm, công trình công cộng ngầm ), dạng tuyến (tuy nen kỹ thuật, hầm đờng sắt, đờng

ô tô, đờng tàu điện ngầm )

Đồ án môn học thiết kế kết cấu công trình ngầm thi công bằng phơng pháp đào hở là một trongnhứng đồ án môn học chuyên ngành của sinh viên ngành xây dựng công trình ngầm đô thị

Mục tiêu của đồ án là tạo cho sinh viên kỹ năng phân tích đánh giá các yếu tố ảnh hởng đến kếtcấu công trình trong quá trình thi công và khai thác, biết tập hợp số liệu, đánh gía điều kiện địachất công trình, xác định tải trọng tác động lên công trình, lựa chọn phơng án và mặt bằng kõt cÊu,lập các sơ đồ tính toán và tính toán một số cấu kiện, bộ phận công trình, rèn luyện cho sinh viêntrong công tác thiết kế làm cơ sở cho việc thực hiện đồ án tốt nghiệp khi kết thúc khoá học

1.3 Nghiên cứu phơng án kết cấu:

1 Khi lựa chọn phơng án kết cấu cần nghiên cứu giải pháp kiến trúc và công năng công trình, vị tríxây dựng công trình, tính chất, chiều dày và độ sâu của các lớp đất, các lớp san nền, cao độ mực nớc

0

ngầm, phơng pháp xử lý nền (hạ mực nớc ngầm, xi măng hoá đất, đông cứng nền đất), tình hìnhcông trình xây dựng lân cận (nếu có).

2 Cần dựa vào đặc điểm công trình, tình hình địa chất công trình để lựa chọn giải pháp kết cấu trêncơ sở nghiên cứu 2-3 phơng án kết cấu

3 Nếu hố đào không sâu (không quá 6m), xung quanh không có công trình quan trọng (cách 15m) có thể dùng tờng cừ, ngợc lại cần sử dụng phơng án "tờng trong đất" kết hợp thi công bằngphơng pháp topdown hoặc sử dụng cọc gia cờng vách hố đào

10-4 Nếu mực nớc ngầm cao thì phải có biện pháp hạ mực nớc ngầm

5 Nếu trờng hợp nền cát hạt nhỏ có nớc ngầm cần có biện pháp loại trừ hiện tợng cát chảy, xóingầm hoặc hạ sâu móng tờng bên ngoài vào lớp đất không thấm phía dới

6.Trờng hợp cần lựa chọn phơng án trên cơ sở so sánh chỉ tiêu kinh tế có thể so sánh khối lợng,thiết bị dự kiến sử dụng, tiến độ thi công và tính theo tỷ suất bình quân của đơn giá hiện hành

1.4 Một số kiến nghị về công tác thi công.

Trong đồ án thiết kế những công trình phức tạp cần phải chỉ dẫn biện pháp thi công, trình tự thicông để đảm bảo yêu cầu về mặt kỹ thuật, ví dụ:

- Phơng pháp đào đất, biện pháp thi công, biện pháp chống sạt lở

- Trình tự thi công, tiến độ thi công, biện pháp bảo vệ công trình lân cận hiện có

- Biện pháp chống xói ngầm, cát chảy

- Sử dụng cọc khoan nhồi hoặc khoan dẫn, ép để tránh ảnh hởng đến công trình lân cận, tránh rung,

2.1 Đánh giá điều kiện địa chất- công trình, điều kiện môi trờng - công trình

Dựa trên tài liệu khảo sát địa chất công trình, trong phần thuyết minh của đồ án, sinh viên cần làmsáng tỏ những vấn đề sau đây:

1 Vị trí địa lý của khu vực xây dựng; phân tích, đánh giá đặc điểm công trình

2 Đặc điềm địa chất của khu vực xây dựng (sự bố trí và chiều sâu các hố khoan, mô tả các lớp đất

từ trên xuống dới, chiều dày các lớp, đặc điểm thế nằm của chúng)

3 Điều kiện địa chất thuỷ văn (cao độ nớc ngầm, áp lực nớc ngầm, tính chất ăn mòn của nớcngầm)

4 ảnh hởng của công tác xây dựng công trình đến môi trờng xung quanh

5 Dựa trên kết quả đánh giá điều kiện địa chất công trình và địa chất thuỷ văn, điều kiện -môi trờngcông trình, sinh viên cần đa ra các phơng án kết cấu, nền móng công trình

Khi đánh giá tính nén ép của đất, có thể sử dụng các phân loại sau:

- Đất chịu nén tốt nếu: E0>10000kPa (E0- mô đun biến dạng của đất nền)

- Đất chịu nén trung bình, nếu: E0=5000-10000kPa;

- Đất chịu nén kém khi: E0<5000kPa

Đánh giá trang thái của đất:

Đối với đất dính thì đánh giá theo độ sệt IL

IL=

P L

P

W W

W W





(2.1) trong đó: W- độ ẩm của đất ở trạng thái tự nhiên; WP- độ ẩm ở trạng thái dẻo; WL- độ ẩm ở trạngthái chảy

Bảng 2.1

Đất sét, á sét (sét pha):

1

Trạng thái cứng khi

Trạng thái nửa cứng khi

Trạng thái dẻo cứng khi

Trạng thái dẻo mềm khi

Trạng thái dẻo nhão khi

Trạng thái chảy khi

Đất á cát (cát pha)

Trạng thái cứng khi

Trạng thái dẻo khi

Trạng thái chảy khi

Il < 0

0  Il  0,250,25 <Il  0,500,50 <Il  0,750,75 < Il  1,0

0,55  e 0,700,60  e  0,750,60  e  0,80

0 max

e e

e e





(2.2’)trong đó: e0, emax và emin- các hệ số rỗng của cát ứng với trạng thái tự nhiên, rời nhất và chặt nhất.Trạng thái của cát đánh giá theo hệ số độ chặt tơng đối nh sau:

Số lần nện N để ấn dụng cụ lấy

mẫu xuống chiều sâu 30cm

Độ chặt tơng đối D của cát Trạng thái của cát

Rất xốpXốpChặt vừaChặtRất chặt

ChặtChặt vừa

100-60

>150150-90

ChặtChặt vừa

60-30

>9090-40

ChặtChặt vừa

2

Đất thuộc loại yếu khi hệ số độ rỗng lớn (đối với đất sét khi e>1,1, á sét khi e>1,0 và á cát khi e

>0,70), có hệ số nén lớn khi mô đun biến dạng E0<5000Kpa và có trạng thái dẻo chảy khi IL>0,75;chảy khi IL>1,0

Khi đánh giá điều kiện môi trờng -công trình cần lu ý tới các công trình lân cận hiện có (tránh gây

ảnh hởng tới công trình lân cận, cuộc sống nhân dân xung quanh, khả năng ngăn chặn mạch nớcngầm, hạ mực nớc ngầm ảnh hởng đến các giếng khai thác nớc )

Các tải trọng thờng xuyên bao gồm trọng lợng bản thân công trình ngầm, trọng lợng các lớp

áo đờng và các mạng kỹ thuật, áp lực đất và nớc cũng nh tải trọng do trọng lợng nhà và công trìnhlân cận hố đào ngầm gây nên, lợng ứng suất trớc của cốt thép, lực căng neo

Tải trọng tạm thời dài hạn bao gồm: Trọng lợng các thiết bị cố định của công trình ngầm

(máy móc, mô tơ, băng tải, vật thể cứng và nớc, thiết bị bơm phụt v.v); áp lực thuỷ tĩnh nớc ngầm;

áp lực chất lỏng và khí đốt trong bể chứa; tải trọng lên vách ngăn từ khối vật liệu trên mặt đất; tác

động của công nghệ, nhiệt độ, tải trọng do con ngời lên mái, sàn; các tải trọng tạo nên do hấp thụ độ

ẩm ma và từ biến vật liệu

Tải trọng tạm thời ngắn hạn bao gồm: áp lực bổ sung của đất do tải trọng chuyển động bố trí

trên mặt đất tạo nên (từ máy bốc dỡ, phơng tiện vận chuyển, các cơ cấu lắp ráp); các tác động nhiệt

độ, khí hậu

Tải trọng đặc biệt bao gồm: Tải trọng động đất, tác động nổ mìn; các tác động gây nên do

biến dạng nền khi ẩm ớt, đất lún sụt và đông lạnh đất hoặc do sự cố nào đó gây nên Ngoài ra còn

có thể có các tải trọng nh: tác động của nhiệt độ, tác động của lực trơng nở đất, tải trọng va đập, tải

trọng tạm thời từ các đoàn ngời đi trên hoặc trong công trình ngầm.

Tất cả các loại tải trọng có thể tác dụng lên công trình ngầm đồng thời hoặc vào các thời điểmkhác nhau Các tổ hợp tải trọng khác nhau gây nên các trạng thái ứng suất khác nhau trong kết cấu.Trong tính toán cần tính theo tổ hợp tải trọng bất lợi nhất từ các tổ hợp cơ bản và đặc biệt

Trong tổ hợp cơ bản bao gồm các tải trọng thờng xuyên và các tải trọng tạm thời do các

ph-ơng tiện giao thông gây nên, kể cả các tải trọng khai thác và xây dựng

Trong tổ hợp đặc biệt ngoài tải trọng cố định, tải trọng lâu dài và ngắn hạn, còn có một trong

số các tải trọng đặc biệt

Tải trọng tác dụng lên công trình ngầm đợc phân thành tải trọng ngang và tải trọng đứng

áp lực ngang lên công trình đợc chia thành áp lực chủ động, áp lực bị động và áp lực tĩnh

áp lực chủ động là áp lực gây mất ổn định công trình, còn áp lực bị động có tác dụng giữ ổn định

công trình, chống lại áp lực chủ động áp lực tĩnh có giá trị trung gian giữa áp lực chủ động và áp

lực bị động

2.3 áp lực ngang tác động thờng xuyên.

2.3.1 áp lực ngang của đất

áp lực ngang của đất lên công trình đợc xác định có tính đến sự phân bố dạng tam giác theochiều cao, còn hệ số áp lực ngang đợc biểu thị qua góc ma sát trong hoặc hệ số Pausson

Tờng công trình đợc tính toán chịu áp lực ngang của đất có xét đến tải trọng trên bề mặt nằmtrong khu vực khối trợt áp lực từ trọng lợng đất xung quanh thờng đợc gọi là áp lực cơ bản, còn áplực từ tải trọng bề mặt - áp lực bổ sung

Khi kết cấu tờng chuyển vị và xoay sẽ tạo ra áp lực chủ động của đất tác dụng lên mặt sau ờng Còn mặt trớc tờng phía dới đáy hố đào sẽ có áp lực bị động của đất

t-Trong điều kiện thoát nớc, thành phần nằm ngang của áp lực chủ động và bị động khi gócnghiêng của tờng  (dơng) không lớn (tg1/3) đợc tính theo công thức:

ah =(z +q).ah – C.ctg (1-ah), (2.3) ph =(z +q).ph + C.ctg (1-ph), (2.4)trong đó:  - giá trị tính toán trọng lợng riêng của đất, z – khoảng cách kể từ mặt đất, q- tảitrọng phân bố đều liên tục trên mặt đất,  và C - giá trị tính toán góc ma sát trong và lực dính của

đất

Công thức (2.3) và (2.4) có thể biểu thị trong dạng sau:

ah =v.ah – 2C ah , (2.3’) ph = v.ph + 2C ph , (2.4’)trong đó: v= z +q- áp lực thẳng đứng; 2 ah = ctg (1-ah) và 2 ph = ctg (1-ph)

ah, ph - các hệ số áp lực ngang chủ động và bị động của đất, xác định theo công thức:

3

ah =

) cos(

cos ) cos(

) cos(

) sin(

).

sin(

1

) ( cos

2 2 2

cos ) cos(

) cos(

) sin(

).

sin(

1

) ( cos

2 2 2

bảo độ chính xác so với lời giải chính xác khi các định áp lực bị động nên lấy (1/3) ) Khi

trong giới hạn chiều cao tờng tồn tại đất sét mềm và dẻo chảy hoặc khi trên bề mặt có tải trọngrung, góc  lấy bằng 0

Hệ số ỏp lực ngang ah , ph = f() theo cụng thức (2.5a) v (2.6a)à (2.6a) tra bảng PL2; - gúc masỏt trong của đất

Biểu đồ áp lực chủ động đợc trình bày trên H 2.1

a) b)

H.2.1 Biểu đồ áp lực chủ động của đất khi có các lớp đất khác nhau (a) và áp lực đất trạng

thái tĩnh lên gối tựa, neo khi có lớp bền nớc (b)

Trong điều kiện không thoát nớc trong đất bão hoà, có thể góc ma sát u  0, cờng độ áp lựcchủ động và bị động có dạng:

Cờng độ áp lực chủ động: ah =(z +q) – 2CU (2.3a)Cờng độ áp lực bị động: ph =(z +q) + 2CU (2.4a)trong đó: Cu- lực dính không thoát nớc

áp lực chủ động của đất dính không tác dụng trên toàn bộ chiều cao tờng mà chỉ bắt đầu từ độsâu cách mặt đất:

hc=

ah

ah

ah q ctg

Ea=Eah/cos(   ) (2.8)

Ep=Eph/cos(   ) (2.9)

4

Trờng hợp đất phía sau tờng là đất rời, có mặt nghiêng góc  chịu tải trọng thẳng đứng phân

bố đều q Các công thức tính áp lực và cờng độ áp lực đất chủ động nh sau:

2 1

q H

q

ah

1

.

 (2.11)

áp lực ngang của đất lên kết cấu công trình đứng dạng tròn (giếng đứng, giếng hạ chìm) cũng

đợc xác định nh đối với tờng đứng của công trình - tải trọng thay đổi dọc chiều sâu theo định luậtthuỷ tĩnh

Trong tính toán giếng chìm cần xét đến áp lực bên bổ sung của đất do mặt nghiêng của lớp đấtnằm trong giới hạn khối trợt, do giếng bị nghiêng…

- áp lực ngang tác dụng lên bản đáy công trình.

Dới tác dụng của áp lực đất bên ngoài công trình cũng nh trọng lợng bản thần tờng ngoài côngtrình đất bên ngoài có thể bị đẩy trồi vào phía trong công trình

H.2.2 Sơ đồ tính áp lực ngang đẩy trồi bản đáy công trình ngầm

Khi có tải trọng tác dụng ở mức đáy móng q1(h.2.2) sẽ xuất hiện áp lực ngang (chủ động)  ah

0 2 0

2

0 2 1

tg q

(2.14)Lực đẩy của lăng thể trợt là

) 2 / sin(45

0 0

Lực T0 gây nên áp lực thẳng đứng N0 tác dụng lên bản đáy công trình:

N0 =T0 sin (450-/2) (2.21)Quy ra áp lực phân bố q2:

q2= N0/b' =

)2/45

N

(2.22)Trên h.2.3 trình bày sơ đồ phân bố áp lực thẳng đứng lên bản đáy công trình tuỳ theo giá trị

y0

Cần lu ý rằng, ngoài áp lực ngang nêu trên tác dụng lên bản đáy công trình ngầm còn có áplực đẩy nổi của nớc ngầm

H.2.3 Sự phân bố áp lực đẩy trồi bản đáy công trình ngầm:

a- khi lăng thể trợt tiếp xúc nhau; b- khi lăng thể trợt giao nhau; c- khi lăng thể trợt không

q = Q/a tg2(45o -/2) (2.24)

trong đó : Q - áp lực đứng lên đế móng; a - chiều rộng của diện tích chất tải lên móng có tính

đến sự phân bố áp lực theo chiều sâu

2.3.2 áp lực ngang của nớc ngầm ổn định

áp lực thuỷ tĩnh tiêu chuẩn chỉ đợc tính khi mực nớc ngầm cao hơn đế móng công trình ngầm.Khi xác định áp lực thuỷ tĩnh cần tính đến khả năng nớc ngầm hạ xuống khi thi công và đợc phụchồi ở giai đoạn khai thác công trình

Nếu lớp đất thấm nớc nằm dới mực nớc ngầm thì trọng lợng riêng của nó đợc lựa chọn có xét

đến tác động đẩy nổi của nớc (trong đó cần tính đến góc ma sát trong của đất no nớc):

đn = (S -w)/(1+e) (2.25)

6

trong đó : S - trọng lợng riêng của hạt đất (N/m ) ; w - trọng lợng riêng của nớc (N/m );

với cao độ lớp bền nớc, lấy: khi dW< HK  dBC  = 1, khi HK > dBC  = 0.

Khi xác định áp lực ngang của đất và áp lực nớc ngầm, trong gian đoạn thi công nên tính mựcnớc ngầm thấp nhất, còn khi khai thác công trình- mực nớc ngầm cao nhất

Nếu kết cấu tờng chắn hoặc tờng công trình ngầm có lớp cách nớc bên ngoài, thì áp lực nớctác dụng lên mặt ngoài tờng chắn Nếu kết cấu tờng chắn nhiều lớp có lớp cách nớc nằm giữa thì n-

ớc ngầm tác dụng lên lớp cách nớc và đặt phía trong tờng chắn Khi đổ đầy nớc lên bể ngầm nó sẽtạo áp lực lên lớp cách nớc từ phía trong công trình

2

)(

K BC w w

Trong thực tế, để đơn giản hoá tính toán, áp lực ngang tiêu chuẩn đợc coi là phân bố đều theochiều cao và đợc xác định theo công thức sau:

h tc = w(hcb + 0,5h).ah (2.30)Giá trị hệ số áp lực ngang ah cho tất cả các loại đất (trừ đất dẻo) đợc xác định theo công thức:

ah = tg2(45o - /2) (2.31)trong đó :  - góc ma sát trong tiêu chuẩn của đất, độ

Đối với đá cứng có hệ số kiên cố f > 2-3, giá trị góc ma sát trong th ờng > 70-75o vì thế giá trị

hệ số áp lực ngang gần bằng 0 Trong những đất đá nh vậy áp lực ngang của nó có thể không tính Giá trị hệ số áp lực ngang trong đất dẻo đợc xác định theo công thức sau:

ah = /(1 -) (2.32)trong đó :  - là hệ số pausson

Giá trị áp lực ngang khi 0,04 b < bt  0,08b lấy h = 0,19wh (h -là chiều cao hầm đào), cònkhi bt > 0,08b nó không đợc tính

áp lực ngang từ khối lở đợc coi là phân bố đều theo chiều cao hầm đào và chỉ tác dụng theo 1hớng

2.4 áp lực ngang tác động tạm thời.

2.4.1 áp lực ngang từ các phơng tiện thi công công trình

áp lực ngang tạm thời bổ sung từ tải trọng tập trung và tải phân bố nằm trên mặt đất trongtrạng thái tĩnh đợc xác định bằng tính toán theo lý thuyết đàn hồi

Giá trị áp lực ngang bổ sung xác định theo công thức:

2

)(

)2()(

13

21

R

Z R Z R

y Z R Z

R R R

z

Từ tải trọng tập trung tuyến tính P, tác dụng theo tờng thẳng song song:

7

Pko = 2 2 2

2 ) (

4

z x

z Px



 ; (2.34)

Từ tải trọng thẳng đứng q, phân bố đều trên diện tích chữ nhật:

Pko =2.k0pz ; (2.35) trong đó: x, y, z - khoảng c theo trục toạ độ từ điểm đặt tải hoặc đờng tác động đến điểm trong

đó xác định áp lực Pko ;R2 =x2 + y2 +z2;  - hệ số nở ngang; k0 - hệ số áp lực hông; pz - giá trị áp lựcthẳng đứng tại điểm đang xét, xác định theo phơng pháp điểm góc đã biết

Tải trọng bổ sung trên mặt đất từ các máy nâng chuyển và vật liệu xây dựng lấy trong dạng áplực phân bố hoặc lực tập trung, nguyên tắc xác định chúng nh sau:

Khi không tồn tại tải trọng cụ thể trên lăng thể trợt, tờng đợc tính toán có xét đến sự tồn tại tảitrọng tiêu chuẩn tạm thời phân bố đều trên bề mặt, bằng q=10KPa (vật liệu xây dựng chất đốngtheo khối không lớn) Tải trọng này tạo nên áp lực ngang chủ động, xác định theo công thức:

Pqh = q ah (2.36)

H.12.4 Các sơ đồ xác định áp lực đất từ tải trọng trên mặt đất

H.2.5 ảnh hởng của tải trọng phân bố đều trên mặt đất

Khi tải trọng liên tục q nằm trên khoảng cách a cách tờng (h.2.5), áp lực

Pqk đặt lên tờng trên đoạn z  q/tg Khi tải trọng q tác động theo dải rộng b đặt dọc công trìnhtrên khoảng a cách tờng, áp lực Pqk đặt trên đoạn tờng a/tg  z  (a+b)tg

Góc nghiêng mặt phẳng trợt của lăng thể trợt đối với mặt phẳng đứng lấy bằng:

 = 450 - /2 (2.37) Tờng có gối đỡ hoặc neo của công trình có độ cứng lớn đợc tính chịu áp lực ngang của đấttrong trạng thái tĩnh (h.2.1) Cờng độ áp lực ngang cơ bản của đất kg lên tờng tại độ sâu z xác địnhtheo công thức sau:

Cao hơn lớp bền nớc:

kg = k0 zg = k0

i n

kg = k0zg w(d BC  d w)

, (2.39)trong đó: zg - cờng độ áp lực tự nhiên của đất tại độ sâu z so với mặt đất có xét đến tác dụng

đẩy nổi của nớc ngầm; k0 - hệ số áp lực hông của đất trong trạng thái tĩnh lấy bằng: đối với đất hạtlớn k0 =0,3; đối với đất cát hoặc á cát k0= 0,4; đối với á sét k0=0,5; đối với sét k0=0,7; dBC - độ sâulớp bền nớc so với mặt đất; dW - độ sâu mực nớc ngầm; W - trọng lợng riêng của nớc, bằng0,980665KN/m3; i và ki - trọng lợng riêng và chiều dày lớp đất nằm cao hơn tiết diện xem xét tạichiều sâu z

Cờng độ áp lực ngang tác dụng lên tờng từ phía hố đào (thấp hơn hố đào) đợc tính theo côngthức (2.38) và (2.39) trừ đi giá trị z từ đáy hố đào (h.2.1b)

Ngoài các tải trọng nêu trên, trong quá trình thi công còn có thể có tải trọng xuất hiện dolựcneo giữ tờng chắn

2.4.2 áp lực ngang từ các phơng tiện giao thông lên công trình

áp lực ngang từ tải trọng di động tạm thời đợc tính toán nh khi xác định áp lực ngang của đất

lên tờng chắn hoặc tờng công trình ngầm áp lực ngang chủ động từ các phơng tiện giao thông và

máy móc xây dựng đợc xác định theo công thức (2.3-2.4), thay q = pV

Tải trọng di động từ các phơng tiện giao thông và máy móc xây dựng đợc bố trí vào vị trí bấtlợi nhất trong giới hạn dải BnP(h.2.5), chiều rộng của nó đợc xác định theo công thức

trong đó: H0- độ sâu chôn móng tờng chắn hoặc tờng công trình ngầm kể từ mặt đất; h0khoảng cách từ mặt đất đến đỉnh mái.

-Xác định tải trọng di động trên đoạn có chiều rộng BnP bằng cách tính diện tích chất tải:

- Bằng b x c- Khi tải trọng di động dọc trục tờng chắn, ở đây b - chiều rộng mặt tiếp xúc củabánh có xét đến sự phân bố của áp lực trong áo đờng dới góc 45o, c - giá trị bằng chiều cao tờng nh-

ng không lớn hơn 4m đối với tải trọng H-30, và 3,6m đối với HK-80

- Bằng a + d- Khi tải trọng chuyển động vuông góc với trục tờng công trình ngầm, ở đây a chiều dài phần tiếp xúc mặt nghiêng của bánh ôtô H-30 hoặc chiều rộng của toàn bộ khối trợt đốivới máy kéo HK-80 nhng không lớn hơn 3,6m; d - khoảng cách giữa các cạnh nghiêng phía ngoàicủa các bánh xe lân cận ôtô H-30 hoặc mép bánh xe HK-80

-Giá trị áp lực ngang do tải trọng tạm thời đó gây nên dọc trục tờng công trình:

Bp= P

bc

 tg2 (45o -/2) (2.41)Khi vị trí tải trọng tạm thời vuông góc với trục công trình giá trị áp lực ngang là:

lCT < 45m giá trị (1 + ) xác định bằng nội suy

- Khi độ chôn sâu đỉnh mái công trình ngầm kể từ đế ray nhỏ hơn 0,5m, tải trọng từ các toatàu đờng sắt và tàu điện ngầm đợc nhân với hệ số:

1+ = 1 +

CT

l

 20

10

(2.44)trong đó: l CT - chiều dài chất tải trọng tạm thời, m

- Khi độ chôn sâu đỉnh mái 1m , hệ số 1+ lấy bằng 1,0 Khi độ sâu chôn mái trung gian,

giá trị 1+ lấy theo tỷ lệ.

Hệ số động học để xác định tải trọng từ các phơng tiện giao thông bánh hơi và bánh xích vàcác máy móc thi công lấy bằng 1,0

H.2.6 Sơ đồ xác định áp lực ngang từ các phơng tiện giao thông

9

Cần lu ý rằng: khi xác định áp lực ngang tính toán do tải trọng đứng tạm thời di động gây nên

theo công thức:

qi = hT Đ tg2(45o -/2)- giá trị góc nội ma sát đợc tăng lên 5o khi k > 1 và giảm đi 5o khi k < 1.(k - hệ số vợt tải)

Ví dụ 2.1VD Tính toán áp lực ngang của đất lên tờng chắn.

Tờng chắn đất cao 7m Lng tờng có góc nghiêng ε = -150 Đất đắp sau tờng là đất cát có trọnglợng riêng = 18kN/m3 và có mặt nghiêng dới góc β=200, trên đó có tải trọng thẳng đứng phân bố

đều cờng độ q=20 kN/m2 Góc ma sát trong của đất đắp φ=300, lực dính C= 0 Yêu cầu vẽ biểu đồ ờng độ, xác định trị số và điểm đặt của áp lực chủ động lên tờng chắn

15 ( cos )]

15 ( 20 cos[

)]

15 ( 15 cos[

) 20 30 sin(

).

15 30 sin(

1

)]

15 ( 30 [ cos

2 2 2

15 ( 1

[ 7 18

20 2 1

7 18 407 , 0 2

9.228,60.7.3

12

.3

a aH

Hình VD 2.1 Biểu đồ áp lực đất lên tờng chắn cho VD2.1

Ví dụ 2.2 VD Tính toán và vẽ biểu đồ áp lực chủ động và bị động tác dụng lên tờng chắn (cừ)

Cho tờng chắn và cấu tạo các lớp đất trên hình 1-VD2.2, cao độ các vị trí tính toán cho trong bảng VD2.2, tính chất của các lớp đất cho trong bảng 2 VD2.2 Yêu cầu tính toán và vẽ biểu đồ áp lực chủ động và bị động lên tờng chắn (cừ)

E F G

9,0 7,0 4,0

10

Hình 1-VD2.2 Sơ đồ tờng cừ và số liệu các lớp đất

Từ A đến D

Từ D đến F

Từ F đến G

Cát (1) Sét mềm (2) Sỏi sạn (3)

Trên mực nớc-18 Dới mực nớc-20

18 22

0 5 0

32 22 45 Bài giải:

Các hệ số áp lực đất:

Lớp đất số 1: a = 0,31;

Lớp đất số 2: a = 0,46; p=1,1

ac = 1,35; pc=1,49Lớp đất số 3: a = 0,17; p=2,92

2.5 Tính toán tải trọng thẳng đứng tác động thờng xuyên.

Tải trọng thẳng đứng tác động thờng xuyên bao gồm tải trọng của đất đá phía trên công trình,tải trọng bản thân của công trình

- áp lực thẳng đứng của đất, đá:

Nếu kích thớc ngang tối thiểu của công trình ngầm b (chiều rộng hoặc D) bằng hoặc lớn hơnchiều dày lớp đất trên mái h (h.2.7 a), thì áp lực đứng lên mái công trình bằng toàn bộ trọng lợngcột đất lên công trình

Khi thi công công trình trong đất đắp hoặc trong hào, áp lực lên mái công trình đ ợc xác địnhbằng công thức:

 v =kv , h (khi

h

b

trong đó: , , h – trọng lợng riêng và chiều cao đất đắp trên công trình

Giá trị hệ số kv có thể đợc xác định theo đồ thị của giáo s Klein (h.2.8) đối với đờng hàohoặc theo công thức:

12

b tg

f

b

exp)

2/'45(2

)'/(

'2

0 0

2 0

trong đó:  ' ,C' ,  '- trọng lợng riêng, lực dính và góc ma sát trong của đất đắp; h, b - độ sâu

và chiều rộng hào cao hơn mái công trình; f0 tg ' / 2- hệ số ma sát đất đắp đối với tờng hào

đối với sét chảy, 6- đối với cát hạt nhỏ và sét mềm, 7-

đối với cát hạt chung và sét dẻo, 8- đối với cát hạt thô và sét cứng, 9- đối với

đá và nửa đá.

áp lực đất lên vỏ công trình thi công bằng phơng pháp ngầm ( khi

h

b

<< 1 ) đợc tính nh áplực mỏ

Tải trọng lên đáy công trình từ phía đất đợc lấy phân bố đều và bằng tổng toàn bộ áp lực đấtlên mái cộng với trọng lợng bản thân công trình

Nếu các đoạn công trình ngầm đặt nông nằm trực tiếp dới móng các nhà thì tải trọng lên kếtcấu ngầm cần phải tính thêm tải trọng thẳng đứng truyền từ nhà

- áp lực thẳng đứng từ trọng lợng bản thân công trình:

Tải trọng đứng từ trọng lợng bản thân công trình đợc xác định bằng cách nhân khối tích đặccủa các chi tiết cấu kiện công trình với trọng lợng riêng vật liệu của chúng, có xét đến hệ số vợt tải

2.6 Tính toán tải trọng thẳng đứng tác động tạm thời

- áp lực thẳng đứng từ các phơng tiện giao thông:

Tải trọng đứng tiêu chuẩn tạm thời PV lên mái khi độ sâu mép trên của nó nhỏ hơn 1… 1,5m

xác định từ các bánh xe kết hợp, phân bố trong giới hạn chiều dày áo đờng và chiều dày khối đất

đắp áp lực trong áo đờng đợc coi là phân bố đều dới góc 450, còn trong đất dới góc  so với đờngthẳng đứng bắt đầu từ mép vệt tiếp xúc bánh xe với áo đờng (h.2.9)

Góc phân bố ứng suất góc - giá trị quy ớc Đối với đất thờng lấy  =300

Để xác định giá trị áp lực cần tính diện tích chất tải, kích thớc của nó phụ thuộc vào chiều dày

áo đờng n, tính từ một bánh xe: a = a0 + 2n - dọc trục chuyển động: b = b0 + 2n - vuông góc với ớng chuyển động ở đây a0, b0 - các kích thớc diện tích tiếp xúc của cặp bánh xe ôtô với mặt đờngtheo hớng dọc và hớng ngang

h-Khi vị trí của 2 bánh xe ôtô trên công trình ngầm có trục cách nhau giá trị , kích thớc diệnchất tải là: a2 = a0 + 2n - dọc hớng chuyển động; b2 = b0 +2 0 +  - vuông góc với hớng chuyển

động Biết đợc kích thớc diện chất tải, giá trị tải trọng đứng tạm thời có thể xác định lại theo côngthức:

PV = P

F (2.48)trong đó: P - giá trị tải trọng tập trung tạm thời ; F - diện tích chất tải (F = a x b hoặc F = a2 x

Dới độ sâu hKP tải trọng coi nh phân bố đều và đợc xác định theo công thức sau:

Từ các toa tàu chuyển động trên đờng sắt:

PV =

h l

V

s  (2.50)

Từ các phơng tiện ô tô trên đờng đô thị (ngoài tải trọng AK, trong các trờng hợp đó không xét

đến), cũng nh trên các đờng thuộc nhà máy, xí nghiệp công nghiệp:

PV =

h a

q

 0 (2.51)

trong đó: V- cờng độ tải trọng đứng tạm thời từ các toa tàu chuyển động trên đờng sắt, phụthuộc vào chiều dài chất tải lCT= b+h và vị trí đỉnh đờng ảnh hởng ah  0 , 5nhng không lớn hơn19,6 K kN/M; lS - chiều dài tà vẹt bằng 2,7m; b - chiều rộng công trình ngầm theo chu vi bên ngoài,m; h - khoảng cách từ đáy ray hoặc đỉnh áo đờng đến cao độ xem xét khi xác định áp lực đứng, m ;

q và a0- tải trọng phân bố, KN/M và chiều dài đoạn tính toán phân bố của chúng, m Khi tính toán,các số liệu trên có thể tham khảo trong TCVN-22TCN-2007 và XNIP 2.05.03-84

Trong thời gian xây dựng, cũng nh trong những trờng hợp khi tuyến chuyển động là đờng tạmthời, tính toán công trình ngầm đợc tiến hành theo tác động của từng xe hoặc máy móc riêng biệt

và tổ hợp của chúng Trong trờng hợp đó, tải trọng phân bố đều thẳng đứng tạm thời ở mức máicông trình ngầm xác định theo công thức:

PV=

) 2 )(

2 (C1 h0tg b0 h0tg

p



14

trong đó: p - tải trọng thẳng đứng toàn phần từ các máy móc hoặc thiết bị; C1- chiều dài vùng tựaquy ớc (dọc đờng chạy) của máy hoặc thiết bị lấy đối với tải trọng : AK-1.7m, HK-80-3,8m, T-60-5,0m, b0- chiều rộng của vùng tựa quy ớc lấy theo bảng 2.3; h0 - độ sâu của đỉnh mái kể từ mặt đất.

-Khi không tồn tại tải trọng cụ thể trên mặt đất thì lấy tải trọng đứng tạm thời tiêu chuẩn đợc quy ớc

là phân bố đều liên tục có cờng độ 10,0 KPa

- áp lực thẳng đứng từ các hoạt tải sử dụng trong công trình:

Cờng độ các hoạt tải tác động bên trong công trình trong quá trình khai thác phụ thuộc vào côngnăng công trình cũng nh từng bộ phận công trình Các giá trị này có thể tra bảng trong tiêu chuẩntải trọng và tác động [3]

2.7 áp lực ngang từ tải trọng đặc biệt (khi có động đất)

Tính toán công trình nằm trong vùng hoạt động mạnh của động đất đợc tiến hành với lực động

đất cấp VII và lớn hơn Mức độ động đất của các vùng đợc xác định theo bản đồ phân vùng động

đất

áp lực ngang khi xét đến tải trọng động đất (theo TCXD 375-2006-phụ lục E) nh sau:

Tổng lực thiết kế tác dụng lên tờng chắn tại lng tờng Ed tính theo công thức:

Ed = (1/2) * (1 k±k V).H2+EWS +EWd (2.53)trong đó: H- chiều cao tờng; E WS; EWd –tơng ứng lực nớc tĩnh, động; - hệ số áp lực đất (tĩnh

và động); kV- hệ số động đất theo phơng đứng; * =  - w

Hệ số áp lực đất có thể đợc tính theo các công thức Mononobe và Okabe

- Đối với các trạng thái chủ động.

+ Nếu   ’-

chuẩn lên bánh xe(xích), KN

Kích

th-ớc diện tíchtiếp xúc a0xb0,m

D0 ,m

15

ah=

  '  '  22

' 2

)sin(

)sin(

sin)

sin(

1sin

.sin.cos

d d

sin

2

' 2

)sin(

)sin(

sin.sin1sin

.sin.cos

h.2.10); d- giá trị thiết kế của góc ma sát giữa đất và tờng, nghĩa là:

'



 -hệ số riêng của tg ' ; '- góc kháng cắt theo ứng suất hữu hiệu của đất; -góc ma sát giữa

bề mặt kết cấu và nền tại đáy móng

Lực do áp lực đất tác dụng lên các kết cấu cứng.

Đối với các kết cấu cứng và đợc ngàm cứng, trạng thái chủ động không thể phát triển trong

đất, và đối với một tờng thẳng đứng và đất đắp sau lng tờng nằm ngang thì lực động do gia số áp lực

đất có thể lấy bằng:

Pd =.S..H2 (2.59)trong đó: H- chiều cao tờng; - tỷ số của gia tốc nền thiết kế ag trên nền loại A với gia tốc

trọng trờng g;.S -hệ số nền; - trọng lợng đơn vị bão hoà của đất; w-trọng lợng đơn vị của nớc

Điểm đặt lực có thể lấy ở trung điểm chiều cao tờng

Trong tính toán tải trọng động đất thờng đợc thay bằng tải trọng tĩnh tơng đơng và tác dụngtheo phơng ngang với hớng bất lợi nhất Tác động động đất có thể đợc trình bày trong dạng tải quántính từ trọng lợng bản thân kết cấu và đất

áp lực quán tính động đất Phđ xác định theo công thức sau:

Lên tờng công trình hình tròn trên mặt bằng:

Phđ = kg (1+2KCtg).sin ' (2.60)

16

H.2.10 Quy ớc cho các góc trong công thức tính toán hệ số áp lực đất

Lên tờng công trình hình chữ nhật trên mặt bằng:

Phđ = kg (1+2KCtg) (2.61)

trong đó: kg- áp lực ngang cơ bản của đất; KC - hệ số động đất lấy bằng 0,025; 0,05; 0,1 tơngứng với động đất cấp 7, 8, 9 độ rích te;  - góc ma sát trong của đất; ' - góc toạ độ cực giữa pháptuyến đối với hớng tải trọng tác động và bán kính véctơ đi qua điểm xác định áp lực Phđ

Tải trọng động đất đặt theo hớng (trong mặt bằng) xuất hiện điều kiện làm việc xấu nhất đốivới tờng Đối với tờng hình tròn trên mặt bằng đặt đồng thời áp lực đối xứng theo hớng ngợc chiềucủa công trình

Với các kết cấu cứng nh tờng tầng hầm hoặc tờng trọng lực nằm trên nền đá hoặc trên cọc sẽphát sinh áp lực lớn hơn áp lực chủ động và đợc tính nh đất ở trạng thái nghỉ Điều này cũng đợc giảthiết cho tờng chắn có neo và không cho phép dịch chuyển

Lực thiết kế này đợc coi là hợp lực của áp lực tĩnh và động của đất

Khi không có nghiên cứu về độ cứng tơng đối, dạng dịch chuyển và khối lợng tơng đối của ờng chắn, thì điểm đặt lực do áp lực động của đất bố trí ở giữa chiều cao của tờng

t-Với các tờng xoay tự do xung quanh chân tờng thì lực động có thể xem nh đặt tại cùng điểmvới lực tác dụng tĩnh

áp lực phân bố trên tờng do tác động tĩnh và động tạo với phơng vuông góc không lớn hơn(2/3)’ (’-giá trị kháng cắt của đất) đối với trạng thái chủ động và bằng 0 đối với trạng thái bị

động

Khi có động đất liên quan đến nớc ngầm, hệ số áp lực đất đợc điều chỉnh nh sau:

- Khi mực nớc ngầm nằm dới đáy tờng chắn:*- khối lợng thể tích  của đất

.1





 ; Ewd= 0 (2.62)trong đó: kh- hệ số động đất theo phơng ngang; kv- hệ số động đất theo phơng đứng;

Có thể sử dụng các bảng và biểu đồ áp dụng cho các điều kiện tĩnh (chỉ có tải trọng trọng ờng) với các điều chỉnh sau:

tg

v

h A

k

k



1

v

h B

k

k



1

k g



cos

)1( 

; gB =

B v

k g



cos

)1( 

arc

.1

- Khi đất thấm nớc (độ thấm cao) nằm dới mực nớc ngầm chịu tải trọng động: * =  - w

17

v

h w

d

k

k tg

arc

.1

- áp lực thuỷ động lên mặt ngoài tờng.

Với đất đắp thấm thuỷ động, các hiệu ứng gây ra trong đất bởi tác động động đất và trong nớc

đợc giả thiết là các hiệu ứng độc lập Do đó áp lực nớc thuỷ động đợc cộng vào áp lực nớc thuỷ tĩnh

Điểm đặt của áp lực nớc thuỷ động có thể đợc lấy tại một độ sâu dới đỉnh của lớp bão hoà bằng60% chiều cao của lớp đó

Trong quá trình thiết kế, tuỳ điều kiện cụ thể cần kể đến biến động lớn nhất (tăng hoặc giảm)của áp lực nớc (so với áp lực thuỷ tĩnh hiện hữu) do sự dao động nớc trên mặt hở của tờng

Các hệ số động đất theo phơng ngang (kh) và phơng đứng (kv) có thể tính theo các công thức sau r

Tờng bê tông cốt thép chịu uốn, tờng đợc neo hoặc chống, tờng bê tông cốt thép

trên cọc thẳng đứng, tờng tầng hầm bị hạn chế chuyển vị và mố cầu

21,51

Với các kết cấu tờng chắn cao hơn 10m, có thể tiến hành phân tích theo bài toán một chiều với tr ờng tự do của các sóng lan truyền theo phơng đứng và giá trị  trong biểu thức (5.68) có thể lấybằng giá trị trung bình của các gia tốc lớn nhất của đất theo phơng ngang, dọc theo chiều cao củakết cấu

-Khi có các loại đất rời bão hoà nớc và áp lực nớc lỗ rỗng có khả năng tăng cao thì:

a) Hệ số r của Bảng 2.4 nên lấy không lớn hơn 1,0

b) Hệ số an toàn chống hoá lỏng không nên nhỏ hơn 2

2.7.1 Tính toán neo khi có xét đến động đất.

Khoảng cách Le giữa neo và tờng phải vợt quá khoảng cách yêu cầu Ls khi không xét đến

đất; Ed - giá trị thiết kế của các hiệu ứng tác động thu đợc từ các kết quả phân tích trên

2.7.2 Thiết kế móng cọc trong vùng động đất.

18

Hiện nay ở nớc ta đã có bản đồ phân vùng động đất và có tiêu chuẩn tính toán kháng chấn cho cáccông trình ( TCVN.375-2006 ) Đối với công trình ngầm, kháng chấn đợc tính cho các cấp động đấtcấp 7 đến cấp 9, thông thờng là tính theo động đất cấp 7-8.

Khi có động đất, công trình bị dao động và xuất hiện lực quán tính Trị số của lực động đất tính theocông thức:

Bảng 2.5 Gia tốc động đất a và hệ số K c theo cấp động đất

7

8

9

10-2525-5050-100

1/401/201/10Lực động đất có hớng bất kỳ do đó cần chọn hớng nguy hiểm nhất để tính toán cho nền và móng,thông thờng hớng bất lợi nhất là hớng ngang làm tăng áp lực chủ động và giảm áp lực bị động gâytrợt công trình ngầm, tờng chắn đất và hớng lên làm đẩy nổi công trình ngầm gây bất lợi cho cáccông trình có neo chống nổi Động đất làm giảm cờng độ (R) của đất ở mũi cọc, làm giảm ma sátcủa đất với thành cọc, giảm sức chịu tải của cọc

Khi tính toán sức chịu tải của cọc trong xây dựng ngầm, do cọc làm việc chịu nén và chịu nhổ, giátrị sức chống đầu mũi cọc và ma sát thành cọc cần nhân với hệ số mC1, mC2 cho trong bảng 2.6, trừtrờng hợp cọc chống lên đá hoặc đất hòn lớn Giá trị qP cần nhân với hệ số điều kiện là việc mC3.Giá trị mC3= 1 khi chiều dài tính đổi của cọc h  3 (giá trị h xác định theo công thức: h

Sét bụi có độ sệt

ẩm và

ít ẩm

No ớc

n-ẩm và ítẩm

Nonớc

n-IL<0 0IL

0,75

0,75IL

17

) 90

) 85 , 0 (

95 , 0



80 , 0

) 1 (

1

) 90 , 0 (

95 , 0

) 85 , 0 (

95 , 0



90 , 0



95 , 0

) 80 , 0 (

85 , 0

) 75 , 0 (

75 , 0

8

) 80

) 75 , 0 (

85 , 0



70 , 0

) 95 , 0 (

95 , 0

) 80 , 0 (

90 , 0

) 75 , 0 (

85 , 0



80 , 0

) 80 , 0 (

90 , 0

) 70 , 0 (

80 , 0

) 65 , 0 (

70 , 0

9

) 70

) 60 , 0 (

75 ,

-) 85 , 0 (

90 , 0

) 70 , 0 (

85 , 0

) 65 , 0 (

75 , 0



7 , 0

) 65 , 0 (

85 , 0

) 60 , 0 (

70 , 0



60 , 0

Ghi chú : tử số dùng cho cọc đóng, mẫu số dùng cho cọc nhồi

Ma sát bên fi lấy bằng 0 trong khoảng từ giữa mặt đất đến độ sâu hTT

hTT =4/b (2.73)

trong đó: b- hệ số biến dạng, tính theo công thức:

19

Giá trị góc ma sát trong của đất I khi tính động đất cần giảm đi 20 - khi động đất cấp 7 và 40- khi

động đất cấp 8 và 70 khi tính động đất cấp 9 Mũi cọc thiết kế trong vùng có động đất cần cắm vàolớp đá, cát chặt hoặc đất dính có độ sệt IL<0,5 Cọc cần phải bố trí cốt thép ngang đảm bảo sứcchống cắt cho cọc

Tất cả tải trọng nằm trong tổ hợp cơ bản và đặc biệt là những tải trọng tiêu chuẩn Tơng ứngvới các tiêu chuẩn hiện hành, tính toán tĩnh học của công trình ngầm đợc tiến hành theo tải trọngtính toán, giá trị của chúng xác định bằng cách nhân giá trị tiêu chuẩn của nó với hệ số v ợt tải tơngứng

RP = RHki (2.75)

Hệ số vợt tải ki đợc chia nhỏ cho từng loại tải trọng cũng nh cho từng tổ hợp tải trọng Đối vớicùng loại tải trọng trong giới hạn nhất định của đờng ngầm, các hệ số vợt tải đợc lấy nh nhau Hệ sốvợt tải đối với tải trọng tạm thời đợc xác định dựa vào loại tổ hợp tải trọng bảng 2.7

Bảng 2.7 Hệ số vợt tải đối với tải trọng tạm thời

Hệ số vợt tải đối với một số tải trọng thờng xuyên cho trong (bảng 2.8)

Bảng 2.8 Hệ số vợt tải đối với một số tải trọng thờng xuyên

20

phẳng, hoàn thiện (tấm, vật

liệu băng cuộn, đất đắp, vữa

của đất do tải trọng tạm thời

trên mặt đất gây nên (các máy

móc nâng chuyển, vật liệu

xếp chồng)

1,05 (0,9)1,1 (0,9)

1.2 (0,9)1,3 (0,9)1,1 (0,9)1,15 (0,9)1,1 (0,9)

1,1 (0,9)1,0

1,2

Trọng lợng bản thân nền đờng sắt Tải trọng phơng tiện vận chuyển trên

đờng sắt (XK):

Tác động thẳng đứng Tác động nằm ngang

Từ các phơng tiện vận chuyển ô tô

(AK) Tải trọng máy kéo(HK80) và bánhxích T-60 và tác động của chúng

Lực kéo của neoTải trong động đất

áp lực chủ động của đất:

+ Khi tạo thành vòm:

Thẳng đứng Nằm ngang+ Từ khối đất hở:

Thẳng đứngNằm ngang

Từ trọng lợng của cột đất:

Thẳng đứngNằm ngangPhản lực của đất (lực kháng đàn hồi)Lắp ghép

áp lực thuỷ tĩnhKết cấu ứng suất trớc

áp lực từ lớp cách nớc, từ các lớpbảo vệ khác cũng nh từ áo đờng của phần

đờng xe chạy và các vỉa hè

1,3 (0,9)

1,3 1,21,21,15-1,21,11,0

1,51,8(1,2)*1,41,21,11,3(0,9)1,2(0,8)1,1(0,9)1,1(0,9)1,3(0,7)1,5(0,9)

 Trong ngoặc cho giá trị các hệ số vợt tải cần chọn khi giảm giá trị tải trọng dẫn đến

tải bất lợi cho kết cấu

 Giá trị trong ngoặc sử dụng trong các trờng hợp, khi sự giảm tải trọng làm kém đi

điều kiện làm việc của kết cấu.

 Giá trị trong ngoặc sử dụng trong các trờng hợp, khi sự giảm tải trọng làm kém đi

điều kiện làm việc của kết cấu

3.1 Khái niệm chung.

Yếu tố có tính chất quyết định khi dự kiến sơ đồ tính toán tờng công trình ngầm là: sơ đồ kếtcấu công trình; hình dáng công trình trên mặt bằng và mặt cắt; phơng pháp thi công công trình (hở,kín v.v.); trình tự thi công công trình; vật liệu tờng; công nghệ thi công tờng; kết cấu khung và cácchi tiết trụ (sờn, khung, giằng chống, neo), đảm bảo ổn định và độ bền của tờng; các giải pháp kếtcấu liên kết tờng với các chi tiết khác của công trình

Hình dáng công trình ngầm trên mặt bằng thờng là chữ nhật (h.3.1a,b), hình tròn (h.3.1c) cũng

có thể là hình đa giác, hình ô van Hình dáng trong mặt cắt - hình tròn, chữ nhật, vòm

Tờng công trình ngầm có thể là tờng chịu lực (chủ yếu là tờng bên ngoài tiếp xúc với nền đất)

và không chịu lực (tờng ngăn).Tờng không chịu lực chỉ tiếp nhận tải trọng bản thân, còn tờng chịulực, ngoài tải trọng bản thân, chúng còn tiếp nhận áp lực ngang của nền đất xung quanh, áp lực nớcngầm, tải trọng từ sàn, mái, hoặc các phần khác của công trình trên mặt đất

Yếu tố quan trọng ảnh hởng đến điều kiện làm việc của tờng - sự tồn tại của các chi tiết gối đỡ

đảm bảo cờng độ và ổn định tờng, cũng nh trình tự đa các chi tiết gối đỡ vào làm việc trong quátrình thi công công trình Trong các công ngầm không có khung, độ ổn định của tờng có thể đợc

đảm bảo nhờ: các vì chống neo và giằng chống cố định hoặc tạm thời; ngàm phần dới tờng trong

21

khối đất; khung và sờn phân phối độ cứng, tờng chống v.v Thông thờng chúng đợc sử dụng tổ hợpchi tiết gối đỡ các loại khác nhau Trong các công trình có khung, trong quá trình xây dựng tờng sửdụng cả các cơ cấu chống tạm thời Ví dụ, khi thi công bằng phơng pháp “tờng trong đất” theo côngnghệ “từ dới lên trên, hố đào đợc đào ngay toàn bộ chiều sâu và do các chi tiết gối đỡ khung khôngtồn tại trong thời gian đó, độ ổn định và độ bền tờng đợc đảm bảo nhờ các giằng chống tạm thờihoặc neo.

Sơ đồ tính toán tờng phụ thuộc vào kích thớc tơng đối của các cạnh tờng Đối với các côngtrình chữ nhật, tờng sẽ làm việc trong điều kiện biến dạng phẳng, nếu chiều dài L của chúng vợt quáchiều cao H trên 3 lần Lúc đó tờng đợc tính nh sơ đồ dầm có chiều rộng 1m cắt theo cạnh ngắn củatờng Đoạn đó đợc tính toán theo sơ đồ tờng chắn chịu uốn trong mặt phẳng đứng Nếu tỷ lệ chiềudài tờng với chiều cao nhỏ hơn 3, cần xét đến uốn cả trong mặt phẳng ngang

Xét đến các đặc điểm nêu trên, đối với các tờng đứng công trình hình chữ nhật, hình tròn hoặc

đa giác trong mặt bằng ngời ta chia ra 4 sơ đồ tính toán cơ bản cho tờng nh sau [7]:

2 Sơ đồ tờng chắn mềm nhiều nhịp, độ ổn định của nó đợc đảm bảo nhờ ngàm phần dới của

nó trong đất và các chi tiết gối tựa ở phần trên (giằng chống, neo);

3 Sơ đồ vòng tròn hoặc đa giác khép kín (trong mặt bằng), độ ổn định của chúng đợc đảmbảo nhờ độ cứng không gian của công trình

4 Sơ đồ vòng tròn hoặc đa giác khép kín (trong mặt bằng), độ ổn định của chúng đợc đảmbảo nhờ độ cứng không gian của công trình và các chi tiết gối trụ bổ sung

Tờng công trình đợc tính toán theo các sơ đồ khác nhau phụ thuộc vào giai đoạn và phơngpháp thi công, công nghệ thi công và vật liệu tờng

Ví dụ khi thi công công trình ngầm nhiều tầng có khung toàn phần bằng phơng pháp “tờngtrong đất” với biện pháp “từ trên xuống dới”, tờng đợc tính toán theo giai đoạn đào đất (h.3.2) Đầutiên tờng đợc tính toán theo sơ đồ I khi độ sâu hố đào cần thiết để xây dựng trụ tầng trên (h.3.2a).Sau đó tính toán tờng theo sơ đồ 2 khi độ sâu hố đào cần thiết để xây dựng trụ tầng thứ 2 (h.3.3) T-ờng đợc tính toán nh tờng chắn mỏng một neo Tiếp theo thực hiện các công việc tơng tự cho đếnkhi hố đào đạt độ sâu thiết kế Tờng trong trờng hợp này đợc tính toán hoặc theo sơ đồ dầm liên tục

tựa trên một số gối tựa chịu áp lực ngang hoặc theo sơ đồ 4 có xét đến độ cứng không gian của côngtrình (dựa trên các chơng trình máy tính)

Dới đây ta xem xét các phơng pháp tính toán đơn giản, có tính chất cơ sở

3.2 Tính toán tờng công xôn

Sơ đồ tính toán tờng mềm công xôn đợc dùng để đánh giá cờng độ và ổn định tờng cừ cho hố

đào cũng nh tờng công trình ngầm thi công bằng phơng pháp “tờng trong đất”, ở giai đoạn đào hố

đến cao độ gối đỡ - tầng đầu tiên

Trong thực tế thi công hố đào sâu để xây dựng công trình ngầm bằng phơng pháp lộ thiên, phụthuộc vào độ sâu ngàm tờng vào nền đất, theo điều kiện ổn định, có thể xảy ra 2 trờng hợp sau đây:

22

1 Trờng hợp tờng có độ ngàm tối thiểu vào nền đất (khi thi công công trình ngầm một tầng).Trong trờng hợp này, nhiệm vụ tính toán là xác định chiều sâu ngàm tối thiểu và chiều dày tờng

đảm bảo cờng độ và ổn định của chúng Trong đó giả thiết rằng sự cân bằng tĩnh học của tờng xuấthiện do phản lực bị động của đất tác dụng lên đoạn của nó đặt sâu hơn đáy hố đào Trong tính toángiả thiết rằng cờng độ lực kháng bị động của đất trên toàn bộ chiều sâu ngàm đạt tới giá trị xác địnhtheo lý thuyết cân bằng giới hạn, không phụ thuộc vào chuyển vị của tờng

2 Trờng hợp tờng có độ ngàm d vào nền đất thờng gặp khi xây dựng tầng trên cùng của côngtrình ngầm nhiều tầng hoặc tờng hạ vào đất thấp hơn đáy hố đào để ngàm trong lớp bền nớc Nhiệm

vụ tính toán là đánh giá cờng độ của tờng

Trong trờng hợp này, trên các đoạn theo chiều sâu ngàm, phản lực bị động của đất có thể thấphơn rất nhiều so với giá trị giới hạn xác định theo lý thuyết cân bầng giới hạn Chúng đợc xác định

từ điều kiện tác động tơng hỗ của tờng với khối đất có xét đến chuyển vị thực của tờng và tính chấtbiến dạng của đất

Tính toán tờng mềm ( công xôn) có độ sâu ngàm tối thiểu

Phơng pháp tính toán giải tích đơn giản để xác định độ sâu ngàm tối thiểu cho tờng công xôn

là dựa trên giả thuyết rằng, biến dạng xoay trong đất xung quanh điểm 0 nằm tại độ sâu f=0,8t (

f-độ sâu ngàm ; t- f-độ sâu tờng nằm trong đất) (h.3.2) Trong đó, áp lực chủ động của đất tác dụng từcạnh phía sau lên tờng cao hơn điểm 0, còn từ mặt trớc thấp hơn mức đáy và từ mặt sau thấp hơn

điểm 0- phản lực bị động Khi xác định áp lực chủ động và bị động, ma sát của đất trên bề mặt tờngkhông tính đến

Điều kiện cân bằng của tờng là tổng mô men đối với điểm 0 bằng không Từ điều kiện đó xác

định đợc chiều sâu ngầm cần thiết của tờng thấp hơn đáy hố đào

Đối với đất đồng nhất, áp lực chủ động và bị động đợc tính theo công thức (2.1) và (2.2) có kể

đến áp lực chủ động đối với đất dính chỉ bắt đầu tác dụng từ chiều sâu hC, xác định theo công thức

h  (3.5)Biểu đồ áp lực bị động đợc chia ra thành phần hình chữ nhật và hình tam giác Tổng hợp lựccân bằng phần hình chữ nhật E2 =ph1.f, còn cánh tay đòn tác động của nó r2 =0,5.f Tổng hợp lựccân bằng phần hình tam giác E3 =0,5(ph2- ph1).f, còn cánh tay đòn tác động của nó r3= 1/3f

Điều kiện cân bằng đợc đợc viết trong dạng sau:

,

H.3.2 Các sơ đồ tính toán tờng công xôn khi độ sâu ngàm tối thiểu

trong đó: C- hệ số điều kiện làm việc lấy theo tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN

2737-1995 hoặc có thể lấy tơng ứng với XNIP 2.02.01-83: đối với cát, ngoài cát bụi, C=1, đối với loại

đất khác C=0,9; n- hệ số tin cậy theo chức năng công trình lấy bằng 1,2; 1,15; 1,1 t ơng ứng với

công trình loại I, II, III

Thay các giá trị lực, cánh tay đòn và ứng suất nêu trên nhận đợc phơng trình sau:

5 , 0 1

)

Giải phơng trình này đối với f xác định đợc độ sâu ngàm cần thiết Phơng pháp đơn giản nhất

giải phơng trình là phơng pháp lựa chọn f Để đảm bảo an toàn giá trị f sau khi xác định đợc cần

tăng lên 1,2 lần, nghĩa là giá trị t sẽ bằng 1,2f (xem h.3.3)

Giá trị mô men lớn nhất ở tại độ sâu l0 đợc xác định từ điều kiện bằng 0 của lực cắt tại điểm

Tìm đợc giá trị l0 từ phơng trình đó, giá trị mô men cực đại tác dụng lên 1m chiều dài

t-ờng xác định theo biểu thức sau:

2 / (

1 ).

Theo giá trị Mmax tiến hành tính toán tiết diện tờng theo cờng độ

Trong trờng hợp tờng ngàm trong đất sét không thoát nớc khi U=0 (công thức 2.1a và 2.2a)

điều kiện ổn định không thể thực hiện trừ khi h < 4CU/ và hệ số an toàn nên lấy 1,5 Không đợc

dùng tờng ngàm tối thiểu khi CU/h <7

Tính toán tờng mềm ( công xôn) có độ sâu ngàm d.

Phơng pháp tính toán giải tích đơn giản để xác định độ sâu ngàm d là dựa vào hệ số nền

H.3.3 Các sơ đồ tính toán tờng công xôn khi độ sâu ngàm d“ ”Trong phơng pháp đó, để tính toán phần tờng ngàm trong đất, ảnh hởng công xôn đợc thay

bằng mô men M và lực F đặt tại mức đáy hố đào (h.3.3) Tính chất biến dạng của đất trong vùng

24

b, a

,

5

I tE

b k k

m

s

 , (3.12)trong đó: b- chiều dài đoạn tờng tính toán, lấy bằng 1M; Em – mô đun đàn hồi của tờng; I-mô men quán tính tiết diện ngang của tờng; kS - hệ số nền đối với đất đồng nhất lấy theo bảng 3.1

và trong khối đất xác định trong giới hạn độ sâu t của một số lớp đất theo công thức

Sau khi tìm đợc giá trị áp lực ngang h cần kiểm tra cờng độ cục bộ của đất ở tờng, xuất phát

từ yêu cầu sao cho dọc toàn bộ chiều sâu ngàm t thoả mãn điều kiện:

h < ph

trong đó: ph- áp lực bị động của đất, xác định theo công thức (2.2)

Các giá trị h nhận đợc cho phép xây dựng biểu đồ mô men và lực cắt để kiểm tra tờng theocờng độ

Tờng công xôn có độ mềm lớn Chuyển vị ngang đỉnh trên của chúng đợc trình bày trongdạng tổng 3 số hạng (h.3.5):

 = 1 +2 +3 , (3.15)

25

trong đó: 1 - độ võng tờng trên đoạn chiều dài tự do; 2- chuyển vị mặt cắt tờng ở đáy hố

đào; 3 – chuyển vị tạo nên do xoay tiết diện đó

Độ võng 1 khi biểu đồ tải trọng hình thang trên đoạn h từ biểu đồ tung độ phía trên ah1 và

EI

h



  , (3.16)Khi có loại tải trọng khác 1 đợc tính theo các công thức, bảng trong sức bền vật liệu

Theo H.K Xnhitko, độ võng đỉnh tờng công xôn

khi xem xét phần chôn sâu nh dầm cứng sẽ bằng:

 = 1 + 122 M(2 3h/t) Q(3t/2 2h)

t

trong đó: M và Q- mô men uốn và lực cắt

trong tiết diện tờng tại mức đáy hố đào;

kS- giá trị hệ số nền tại mức đầu dới tờng

Độ lún cực đại của mặt đất cạnh tờng lấy

bằng 

H.3.5 Các sơ đồ tính toán biến

dạng tờng công xôn

3.3 Tính toán tờng có một thanh chống/ neo

Khi tính toán tờng cừ và “tờng trong đất “ hạ vào khối đất không phá hoại cần xét đến liên kếtgối tựa đầu dới của chúng trong đất Có thể xảy ra 3 trờng hợp liên kết gối tựa sau đây:

Khi tựa tự do, nghĩa là giả thiết tờng xoay tự do ở phía chân tờng vì thế không có sức kháng bị

động ở phía sau tờng và đất dới hố đào chỉ gây nên sức kháng trồi từ mặt trớc tờng Trong tờng xuấthiện mô men uốn lớn nhất, còn độ sâu hạ tờng trong đất nhỏ nhất (h.3.6) Sơ đồ làm việc này thờngthích hợp khi xây dựng tờng trong đất sét, cát bụi và cát xốp do mức độ cố định chân tờng khôngchắc chắn

Khi ngàm hoàn toàn, nghĩa là giả thiết ngàm chống lại sự xoay của tờng, trong trờng hợp này

sức kháng bị động xuất hiện ở cả 2 phía của tờng Nh vậy cần tính toán độ sâu hạ tờng sao cho trong

đó xuất hiện mô men nhịp nhỏ nhất, còn phản lực của đất tác dụng lên mặt sau tờng lớn nhất Biểu

đồ mô men trong tờng có hai dấu vì trục đàn hồi tờng có điểm uốn C (h.3.6c) Sơ đồ làm việc nàychỉ xảy ra trong đất cát và sỏi cuội chặt do sức kháng bị động khá lớn đủ để tạo nên ngàm

Ngàm từng phần là trạng thái trung gian giữa tựa tự do và ngàm hoàn toàn Tơng ứng với sơ

đồ này mô men uốn và độ sâu ngàm có giá trị trung gian giữa 2 sơ đồ trên (h.3.6.b)

Tính toán tờng gia cờng neo 1 tầng thờng tiến hành theo 2 sơ đồ: sơ đồ tựa tự do E.K Iakobi

và sơ đồ đờng đàn hồi Blima-Lomeiera

Lựa chọn sơ đồ tính toán cho các trờng hợp trên cần dựa vào độ cứng phân bố theo chiều dàicủa tờng n, đợc xác định từ quan hệ :

n =

t

d av

, (3.18)trong đó: t - độ sâu hạ tờng xác định theo sơ đồ Blima-Lomeiera, m; dav – chiều dày quy đổicủa tiết diện tờng, m, bằng:

dav =

j D

I



12

3 , (3.19)trong đó: I và D - mô men quán tính, m4 và đờng kính cọc (chiều rộng tờng, cừ), m; j - khe hởgiữa các cọc hoặc các cừ lân cận

Khi n  0,06 tờng đợc coi nh có độ cứng hữu hạn và đợc tính toán theo sơ đồ E.K Iakobi.Khi n < 0,06 tờng đợc tính nh tờng mềm theo sơ đồ Blima-Lomeiera

26

H.3.6 Các sơ đồ làm việc tờng mỏng neo khi độ sâu hạ khác nhau:

a – khi tựa tự do, b- khi ngàm từng phần, c- khi ngàm toàn phần.

Theo sơ đồ E.K Iakobi, tờng đợc xem nh dầm tựa khớp tại vị trí gia cờng neo và tại vị trí chântờng Trong đó tất cả phần tờng ngập vào nền chuyển vị về hớng hố đào Giá trị tmin đợc xác định từ

điều kiện cân bằng mô men từ áp lực chủ động và bị động đối với điểm gia cờng neo Biểu đồ mômen trong tờng đơn dấu (h.3.6a) Tính toán để xác định độ chôn sâu của tờng tmin và lực kéo tại

điểm neo (phản lực gối tựa), cũng nh giá trị mô men uốn trong tờng có thể sử dụng phơng pháp cânbằng lực

Theo sơ đồ Blima-Lomeiera, phần tờng chôn sâu vào nền có điểm uốn tại điểm C và gần đáy

hố đào chuyển dịch theo hớng hố đào, còn thấp hơn điểm C - về hớng ngợc lại Phản lực bị độngxuất hiện cả từ mặt đứng lẫn mặt sau tờng Điều đó tạo nên hai biểu đồ đơn dấu của mô men uốn

(h.3.6c)

Để xác định độ chôn sâu của tờng tMIN và lực kéo tại điểm neo (phản lực gối tựa), cũng nh giátrị mô men uốn trong tờng theo sơ đồ này, ta giả thiết rằng cờng độ sức kháng bị động của đất tăngtuyến tính cùng với chiều sâu theo luật (2.2) và sức kháng phản lực ngợc của đất từ mặt sau tờngthấp hơn điểm xoay 0 của nó tác dụng trong dạng lực tập trung E P' đặt tại điểm xoay Tờng có mộtthanh chống/ neo trong trờng hợp này đợc tính toán nh dầm tĩnh định tựa trên hai gối - tại điểm giacờng neo và tại điểm đặt lực tập trung E P Dầm chịu tải trọng từ áp lực chủ động và bị động Sau đây giới thiệu một số phơng pháp tính toán gần đúng cho các sơ đồ nêu trên

1 Phơng pháp cân bằng lực (theo sơ đồ E.K Iakobi):

Đỉnh tờng có thanh chống hoặc neo nên đợc coi là liên kết khớp (điểm A) (h.3.6a) Chân tờng

đợc coi là gối tựa tại điểm B, tại đó áp lực chủ động bằng áp lực bị động Sau khi xác định đợc vị trí

điểm B (điểm đợc coi là gối tựa không có chuyển vị) có thể tính đợc nội lực trong tờng

- Xác định vị trí điểm B, tức là tìm giá trị tmin

Vị trí đặt các lực Ea1 và Ep đặt ở trọng tâm tam giác (bằng 1/3 chiều cao kể từ cạnh đáy) Vị trí

đặt Ea2 ở trọng tâm hình chữ nhật (xem h.3.6a) Lấy mô men đối với gối tựa A:

2

= 0thay các giá trị Ea1, Ea2, EP và rút gọn ta có:

(2ah-2ph)tmin3 +(6ahh+3qah -3phh)tmin2+(6ahh2+6 qahh)tmin +2 ahh3+3qahh2 = 0Phơng trình bậc 3 này có thể giải bằng phơng pháp đúng dần

- Xác định lực tác dụng lên thanh chống (hoặc neo) TA:

Lấy mô men đối với điểm B và cho MB =0

min

min 2

min 1

3

1 )

( 2

1 3

1

t h

t E E

t h E

0 2

3

y q y

2 Phơng pháp thay thế bằng dầm tĩnh định (theo sơ đồ Blima-Lomeiera 3.6c ):

Theo phơng pháp này, vị trí neo/chống đợc coi là khớp (điểm A) Chân tờng cắm vào lớp đấtcứng đợc coi là ngàm cố định (điểm D) Sơ đồ phân bố áp lực lên tờng đợc thay bằng sơ đồ dầm tínhtoán, trong đó vị trí C trên sơ đồ tờng có giá trị áp lực đất bằng 0 rất gần với vị trí thay đổi dấu củamô men nên vị trí này đợc coi là gối tựa của dầm thay thế Nh vậy ta có 2 dầm thay thế AC và CL.vấn đề ở đây là cần xác định vị trí điểm C, tại đó áp lực đất bằng 0 và điểm D, tại đó dầm đợccoi là ngàm cứng Sức kháng bị động EP' trên đoạn DL tác dụng nh tải nằm ngang tại D

Nh trên h.3.7, tại điểm C áp lực đất bằng 0, y là khoảng cách từ điểm C đến đáy hố đào (điểmB) áp lực phía trớc và phía sau tờng tại điểm C bằng nhau

- Xác định giá trị y:

phy = ah(H+y)=Hah +yah hay: y =

) ( ph ah

H.3.7 Sơ đồ tính toán theo mô hình dầm thay thế

6

1 3

1 ).

( 2

1

x x

6 0

cd bd

3.2, sau đó kiểm tra bằng tính toán

- Tính Mmax : Theo sơ đồ dầm đơn giản, tại điểm có lực cắt bằng 0 sẽ có giá trị mô men cực

đại

3 Tính toán bằng phơng pháp đồ thị đờng đàn hồi ( theo sơ đồ E.K Iakobi và

Blima-Lomeiera): Phơng pháp này đợc thực hiện theo trình tự sau

Trên hình vẽ (h.3.8) thể hiện sơ đồ từng lớp địa chất và vị trí điểm gia cờng neo Sau đó xâydựng biểu đồ áp lực chủ động và bị động của đất Tung độ biểu đồ đợc xác định theo công thức

(2.1) và (2.2) Giá trị áp lực bị động chính xác hơn đợc xác định theo lý thuyết B.B Xokolôpxki lấy

Theo các lực đó xây dựng đa giác lực (h.3.8d) và đa giác dây (h.3.8e) Đờng khép kín của đagiác dây A' C khi tính toán theo sơ đồ Blima-Lomeiera đợc kẻ qua điểm A’ cắt tia 0 với đờngngang đi qua mức neo gia cờng tới tờng sao cho thoả mãn điều kiện

y1 =(11,1)y2 (3.28)

Điểm C cắt đờng khép kín A' C với đa giác dây xác định độ sâu tính toán hạ t0, tơng ứng vớingàm tờng trong đất Giá trị tung độ biểu đồ mô men trong tờng xác định theo công thức

M= y , (3.29)trong đó: - khoảng cách toạ độ cực trong tỷ lệ lực, N; y- tung độ đa giác dây ttrong tỷ lệtuyến tính của hình vẽ, m

Theo đa giác lực (h.3.8g) thể hiện giá trị E P' và lực trong neo Qah Giá trị Qah bằng giá trị đoạnnền đa giác lực nằm giữa tia cuối cùng của nó và tia kẻ song song với đờng khép kín A’C, có xét

đến tỷ lệ lực tơng ứng Khi nghiêng dây neo với đờng nằm ngang 1 góc , lực neo trong đó bằng

Qah/cos

Lực của phản lực ngợc lại E P' xác định bằng đoạn nền đa giác lực nằm giữa tia cuối của nó(số 13) và tia kẻ song song với đờng khép kín A’C đặt ở mức điểm C Sự trùng khớp điểm dới cắt đ-ờng khép kín với đờng dây cong và giới hạn dới của biểu đồ tải trọng đạt đợc bằng cách tiếp cậnliên tục Nếu đờng khép kín cắt với đờng dây cong cao hơn mức đặt lực E P' , thì chiều sâu chấpnhận hạ tờng ban đầu cần đợc giảm xuống

Theo giá trị E P' xác định chiều dài đoạn tờng thấp hơn điểm C, cần thiết để điều chỉnh phảnlực ngợc E P'

t =

)(

'

ah Ph

P

k q

E



  (3.30)

trong đó: q = i h i q- ứng suất thẳng đứng trong khối đất tại mức đạt lực E P' ; k’ – hệ

số xét đến sự giảm cờng độ phản lực ngợc do tác dụng của lực ma sát theo tờng hớng lên phía trên(chúng đợc thể hiện bằng các mũi tên trên sơ đồ trục đàn hồi trên h.3.8c)

Khi tính toán theo sơ đồ Iakobi đờng khép kín A’D kẻ theo tiếp tuyến đến đa giác dây (đờngchấm chấm trên h.3.8d) Trong đó, sao cho hệ lực tác dụng lên tờng nằm trong sự cân bằng, hớngtia 10 của đa giác lực và hớng đờng khép kín A’D cần phải trùng nhau Lực Qah theo sơ đồ Iakobibằng giá trị đoạn đa giác lực trên h.3.8m, nằm giữa tia 8 của nó và tia 10 song song với A’D Mômen uốn trong tờng theo sơ đồ đó có giá trị lớn nhất Mmax = ymax Điểm D xác định độ sâu tính

29

toán tối thiểu hạ tờng tmin, tơng ứng với tựa tự do đầu dới của tờng lên đất Trong trờng hợp đó, tờngnằm trong trạng thái giới hạn về ổn định, để tăng mức độ an toàn chiều sâu hạ lấy bằng t = 1,2 t0.Khi bố trí đờng khép kín giữa các đờng A’C và A’D tờng sẽ bị ngàm từng phần trong đất Đốivới ngàm nh vậy, biểu đồ tải trọng và mô men trình bày trên h.3.8b.

Tính toán tờng theo sơ đồ Blima-Lomeiera, “Tờng trong đất “ có độ sâu “d” nên cần phảichỉnh lý trên cơ sở các số liệu thử nghiệm Kết quả thử nghiệm cho thấy, biểu đồ thực tế của áp lựcchủ động và bị động phụ thuộc vào tính biến dạng của đất, tờng, tính biến dạng của neo gia cờng và

có thể khác với các dự kiến trong tính toán Giá trị mô men uốn của nhịp và lực neo trong tờng vớicác trụ neo không chuyển vị cần đợc xác định theo công thức điều chỉnh sau đây:

MTT = Mmã.k , (3.32)

QahTT = 1,4.Qah , (3.33)trong đó: Kd- hệ số xác định theo đồ thị (h.3.9) phụ thuộc vào giá trị góc ma sát trong và tỷ lệchiều dày d của tờng đối với chiều dài nhip l

H.3.8 Các sơ đồ tính toán đồ thị tờng neo theo Blumi-Lomeiera và Iakobi : a- sơ đồ tờng, biểu đồ tải trọng, c- sơ đồ tải trọng quy đổi trong dạng lực tập trung theo Blumi-Lomeiera, d- sơ đồ xây dựng đa giác dây, e- sơ đồ lực khi xoay tờng xung quanh điểm gia cờng neo theo Iakobi, l- đa giác lực theo Blumi-Lomeiera, m- đa giác lực theo Iakobi

H.3.9 ứng với tờng từ cừ BTCT, chiều dày dav đối với

các loại tờng khác cần xác định theo công thức (3.19) Chiều

dài nhịp l lấy định hớng nh khoảng cách A’B trên đa giác

dây Góc ma sát trong của đất trong giới hạn nhịp l xác định

h.2.8), trong đó: hK - chiều cao phần công xôn tờng Trong trờng hợp đó xuất hiện mô men uốn cực

đại trong phần nhịp tờng

3.4 Tính toán tờng có nhiều thanh chống/ neo

áp lực đất lên tờng chắn phụ thuộc vào độ cứng của tờng, thời gian và trình tự lắp đặt thanhchống /neo Có nhiều giả thiết về dạng biểu đồ áp lực đất và giá trị của nó (xem bảng 3.4), biểu đồ

áp lực đất cho tờng chắn nhiều chống/ neo trình bày trên hình 3.10

30

,

c ,

H 3.10 Biểu đồ áp lực bên của đất lên tờng chắn có nhiều gối đỡ / neo theo Terxaghi:

a) cho đất rời; b) cho đất dính

Bảng 3.4 áp lực đất tác dụng lên tờng chắn có nhiều thanh chống/neo

Ghi chú: 1 Theo G P Tschebotarioff và K Flaat trị số giới hạn dới của q đối với đất sét

cho tờng chắn tạm thời, còn giới hạn trên cho tờng vĩnh cửu

2 Các ký hiệu - dung trọng đất; K a - hệ số áp lực đất chủ động; H- độ sâu hố đào; 0 - góc

ma sát giữa đất và tờng; c- lực dính của đất.

Khi tồn tại 2-3 tầng neo (gối tựa) hoặc lớn hơn, tờng công trình ngầm đợc tính toán theo nhiềuphơng pháp: phơng pháp dầm thay thế, phơng pháp lực chống không thay đổi hoặc thay đổi trongquá trình đào, phơng pháp dầm liên tục, phơng pháp tính toán nh tấm trên nền đàn hồi bằng cách sửdụng lý thuyết biến dạng tổng thể hoặc cục bộ, tính toán bằng phơng pháp phần tử hữu hạn theo ch-

ơng trình trên máy tính điện tử

Trên hình 3.11 trình bày sơ đồ tính toán tờng có nhiều thành chống/neo theo phơng pháp dầmliên tục Các vị trí chống/ neo tốt nhất bố trí đều nhau Tải trọng chuyền lên ttờng giữa 2 nhịpchống/ neo l theo Terxaghi có thể lấy phân bố đều nh sau:

Đối với cát: q=0,8Hcđcos0;

ớc

Các giá trị mô men uốn tác dụng lên tờng và phản lực gối tựa (lực tác dụng lên thanh chống/neo) xác định nh dầm liên tục trong bài toán cơ học kết cấu

31

H 3.11 Sơ đồ tính toán trụ cứng nhiều nhịp nh dầm liên tục

Nếu cọc (trụ) cứng làm việc trong giai đoạn đàn hồi đợc chia thành nhiều tầng tạo thành dầmnhiều nhịp bằng nhau bởi các thanh chống hoặc neo chịu tải trọng phân bố đều q (h.3.11a) thì: -theo tài liệu cơ học kết cấu ta có thể tính mô men tại gối và giữa nhịp nh sau:

Nếu chiều cao tính toán của cọc là H chia thành n với giá trị nhịp công xôn trên cùng và nhịpcuối nh trên ta có:

H = (n+ 0,162)h (3.38)hoặc: h=H/(n+0,162)

Lu ý độ sâu của cọc (trụ) trong đất cần phải đủ để cân bằng áp lực bị động S=0,5qh

Khi các tầng chống đặt không đều nhau thì nên tính cho nhịp dài nhất với giá trị mô men gốitrung gian:

Mmax= MG= qlmax/11 (3.39)Tại gối đầu tiên và gối cuối cùng:

Mmax= Mđ,(c)= ql2

đ, (c)/8 (3.40)trong đó: lđ,(c)- tơng ứng chiều dài nhịp đầu (cuối)

Khi áp lực phân bố đều lên cọc, nội lực trong các thanh chống/neo khi bố trí các tầng chống/neo bằng nhau xác định nh sau:

- Thanh trên cùng S0= q (h0+0,5h)= 0,854qh; (3.41)

- Các thanh giữa không kể 2 thanh dới cùng: s= qh; (3.42)

- Thanh chống gần dới: Sn-1= q(0,5h+0,5626hn)=0,9545qh (3.43)

- Thanh chống dới cùng: Sn=0,43775 qhn=0,354qh (3.44)Tính toán thanh chống đợc tiến hành theo điều kiện nén uốn:

u x

p

R W

M F

trong đó: F – Diện tích thiết diện ngang của thanh chống;  - Hệ số uốn dọc; Mp – Mô men

trong mặt phẳng uốn; Ru, RC – Sức kháng tính toán của vật liệu thanh chống chịu uốn, nén

Tính toán neo đợc tiến hành theo điều kiện chịu kéo (xem phần neo)

Khi tính toán tờng gia cờng bằng neo dự ứng lực xét đến lực bổ sung xuất hiện trong tờng khicăng neo

Để đơn giản hoá tính toán ngời ta coi độ cứng là tuyệt đối, nghĩa là không tính đến ảnh hởngcủa độ võng lên sự phân bố phản lực đất xuất hiện khi căng neo Khối đất đợc coi nh nền đàn hồithoả mãn lý thuyết Vinkler với sự thay đổi hệ số nền tuyến tính theo chiều sâu

Mô men uốn MZQ và lực cắt QZQ trong tờng từ ứng suất neo xác định theo công thức sau:

QS = 



k

n n

1

; (3.48)

An – khoảng cách từ đỉnh tờng đến dãy neo thứ n;

Z-an , nếu Z>an;

3.5 Tính toán, thiết kế "tờng trong đất" theo trình tự đào đất (công nghệ top-down) 3.5.1 Phơng pháp Sachipana (Nhật Bản)[9]:

Phơng pháp này dựa trên kết quả đo đạc nội lực và biến dạng thực của tờng làm căn cứ, cụthể:

lực dọc trục của tầng chống/neo trên hầu nh

không đổi, hoặc thay đổi không đáng kể;

điểm chống/neo dới trở lên, phần lớn đã xảy ra

trớc khi lắp đặt tầng chống/neo dới (xem hình

3.12);

t-ờng do các điểm chống/neo trên gây nên chỉ là

phần d lại từ trớc khi lắp đặt tầng chống/neo

d-ới;

Trên cơ sở các kết quả đo thức tế này,

Sachipana đa ra phơng pháp tính lực dọc trục

thanh chống/neo và mômen thân tờng trong quá

trình đào đất với những giả thiết cơ bản nh

sau (xem hình 3.13):

là đàn hồi dài vô hạn;

đào trở lên phân bố hình tam giác, từ mặt đào

trở xuống phân bố theo hình chữ nhật (do đã

triệt tiêu áp lực đất tĩnh ở bên phía đất đào);

dới mặt đào chia thành hai vùng: vùng dẻo đạt

tới áp lực đất bị động có chiều cao l và vùng

1) Chuyển dịch của thân tờng sau lần

đào 1 2,3) Chuyển dịch thân tờng sau lần đào 2,3

a.b.c) Quá trình đào

H 3.12 - Sơ đồ quan hệ của chống với chuyển dịch của thân tờng trong

quá trình đào đất

33

đàn hồi có quan hệ đờng thẳng với biến dạng

của thân tờng;

sau khi lắp thanh chống/neo;

dới thì trị số lực dọc trục của tầng chống trên

không đổi

1) Vùng dẻo 2) Vùng đàn hồi

H 3.13- Sơ đồ tính toán chính xác theo phơng pháp Sachipana.

Theo chiều cao toàn bộ tờng có thể chia thành ba vùng: vùng từ hàng chống thứ k cho đếnmặt đào, vùng dẻo và vùng đàn hồi từ mặt đào trở xuống, từ đó lập đ ợc phơng trình vi phân đàn hồicho trục tờng Căn cứ vào điệu kiện biên và điều kiện liên tục ta có thể tìm đợc công thức tính lựcdọc trục Nk của tầng chống thứ k, cũng nh công thức tính nội lực và chuyển vị của nó Với nhữnglập luận và giả thiết trên, kết quả tính toán nhận đợc khá chính xác, nhng do công thức có chứa hàmbậc 5 nên tính toán khá phức tạp

Để đơn giản tính toán, sau khi nghiên cứu Sachipana đã đa ra phơng pháp gần đúng nhng đơngiải hơn với các giả thiết cơ bản sau ( xem hình 3.14):

2 2

2

12

m m

i m

12

2 2

ok i

kk ik i m

kk ok

m kk ok



(3.51)

Các bớc tính toán của phơng pháp giải gần đúng này nh sau:

1) ở giai đoạn đào thứ nhất, kí hiệu dới chân của công thức (3.50) và công thức (3.51) lấy k=1,còn N1 lấy bằng không, từ công thức (3.51) tìm ra xm sau đó thay vào công thức (3.50) để tìm ra N1

1 Trong tầng đất sét, thân tờng xem là thể

đàn hồi dài hữu hạn đầu dới đáy tự do;

6 Điểm mômen uốn thân tờng bên dới mặt

đào M=0 xem là một khớp và bỏ qua lực cắt trên

thân tờng từ khớp ấy trở xuống

2) ở sau giai đoạn đào thứ hai, kí hiệu dới chân của công thức (3.50) và công thức (3.51) lấyk=2, còn N1 chỉ có một N1là số đã biết, từ công thức (3.51) tìm ra xm sau đó thay vào công thức

(3.50) tìm ra N2

34

3) ở sau giai đoạn đào thứ ba, k =3, có hai Ni , tức N1, N2 là số đã biết, từ công thức (3.51) tìm

ra xm, sau đó thay vào công thức (3.50) tìm đợc N3

Tiếp tục nh vậy, sau khi tìm đợc lực dọc trục của các tầng thanh chống, nội lực thân tờngcũng sẽ dễ dàng xác định

Mô men thân tờng trong phơng pháp giải gần

lực nớc, đất phía sau tờng thì khác, áp lực nớc bên

d-ới mặt đào giảmi td-ới không Lực chống của đất ở

bên bị động đạt tới áp lực đất bị động, để phân

biệt với phơng pháp Sachipana phần áp lực đất

tĩnh đợcgiảm đi, lấy (wx+v) thay cho (x+  )

H 3.15- Một sơ đồ tính khác của

ph-ơng pháp giải gần đúng của Sachipana 3.5.2 Ví dụ tính toán theo phơng pháp Sachipana.

Công trình hầm đỗ xe ngầm và dịch vụ công cộng, kết cấu tờng chắn dày 800, dài 15, (từ cốt

0.00m tới -15m), mực nớc ngầm nằm ở độ sâu 9,5m so với cốt 0.00 Đặt 3 tầng chống ngang,chính là sàn các tầng Độ sâu đào hố móng là -11,5m Tìm nội lực, chuyển vị của tờng và phản lựcthanh chống

Số liệu cho trớc:

Nền đất gồm nhiều lớp với các chỉ tiêu cơ lý sau đây:

Một số chỉ tiêu cơ lí cơ bản của đất

Các chỉ tiêu Kí hiệu Đơn vị Lớp đất

Dung trọng tựnhiên

Góc ma sáttrong

 Tính áp lực đất chủ động và áp lực nớc vào lng tờng:

Tại độ sâu z = 0 (Bắt đầu tính từ cos 0.00):

pa = (q+z)tan2(450

-2

)- 2c tan(450-

Tại độ sâu z = - 4,5m:

pa1 = (q+ 1z)tan2(450- 1

2

)-2c1 tan(450- 1

2

)

2

)

2

)

Lực dọc và mômen theo từng giai đoạn đào nh sau:

Giai đoạn đào thứ nhất:

+ Đào sâu -8,5m, đặt một tầng chống Số thanh chống k =1; hok =8,5m; hkk= h1k = 4m,

a) Sơ đồ tính toán ; b) Lực trục thanh chống, mômen;

Giai đoạn đào thứ 1

36

Giai đoạn đào thứ hai:

+ Sâu -11,5m, đặt hai tầng thanh chống

2

)

pa4 = (q+1 .8,5m+ 2 (z-8,5m)) tan2(450- 2

2

)- 2c2 tan(450- 2

2

)

2

)

2.6,626.0,319

2 = 657,79 kN+ Mômen uốn thân tờng:

a) Sơ đồ tính toán ; b) Lực trục thanh chống, mômen;

Giai đoạn đào thứ 2

Tổng hợp nội lực của tờng theo phơng pháp Sachipana nh sau:

Giai đoạn 1: Đào đất đến cos -8,5(m)

3.6 Kiểm tra ổn định thấm của đáy tờng và hố đào

Khi đào hố móng có nớc ngầm có thể xảy ra các hiện tợng xói ngầm, bùng nền hoặc hiệntợng cát chảy Thuật ngữ xói ngầm đợc dùng để mô tả điều kiện không ồn định xảy ra khi áp lựcnớc thẳng đứng hớng lên vợt quá trọng lợng của đất Do tác dụng của dòng thấm, các hạt nhỏ bịcuốn trôi các hạt lớn vẫn giữ nguyên vị trí cũ Xói ngầm làm các lớp đất xung quanh công trình

bị rỗng, mất khả năng chịu lực dẫn đến sạt lở

Hiện tợng cát chảy thờng phát sinh trong các lớp cát đều hạt, nhất là cát hạt nhỏ, hạt mịnlẫn ít hạt sét và keo hữu cơ Dới tác dụng của dòng thấm toàn bộ cát di động và đùn vào hố đào.Khi thiết kế, hệ số an toàn đối với xói ngầm tính nh sau:

Hình 3.16 Sơ dồ kiểm tra ổn định nền hố đào khi nớc ngầm có áp

KXN= W/J= 2Dđn/Whw (3.52)trong đó: W- trọng lợng khối đất ABCD trong nớc chống lại áp lực thấm

w=đn D.D/2; (3.53) J- Lực thẩn thấu tác dụng trong phạm vi xói ngầm D/2

j= Wh.D/2; (3.54) h- tổn thất cột nớc trong phạm vi từ chân tờng đến đáy hố đào, có thể lấy:

h=hw/2;

D - độ sâu cắm tờng cắm vào đất; đn- trọng lợng đẩy nổi của đất

Hệ số an toàn về xói ngầm KXN thờng lấy 1,5

Khi gặp vùng nớc có áp, cần kiểm tra ổn định nền đất đáy hố đào chống nớc có áp theocông thức sau:

38

KNA= PCZ/PWY (3.55) trong đó: PCZ- áp lực do trọng lợng bản thân lớp đất phủ kể từ mặt hố đào đến đỉnh mực n-

ớc có áp; Pwy- áp lực nớc của tầng nớc có áp

KNA-hệ số an toàn ổn định chống cột nớc có áp, thờng lấy bằng 1,05-1,1

Khi không đảm bảo hệ số an toàn có thể tăng độ sâu chôn tờng, hạ mực nớc ngầm, tạomàng chống thấm quanh tờng chắn

3.7 Tính toán công trình hình tròn trên mặt bằng

Công trình hình tròn trên mặt bằng đợc làm từ BTCT đổ tại chỗ và lắp ghép Mối nối giữa các

pa nen có thể ngàm hoặc khớp Các công trình đa giác làm từ các pa nen phẳng có thể tính nh côngtrình hình tròn

Tờng công trình tròn trên mặt bằng tính toán chịu tác dụng: áp lực chủ động của đất; áp lực bổsung do độ nghiêng các lớp đất; áp lực bổ sung do các tải trọng nằm trên mặt đất; áp lực bổ sung dotính không đồng nhất của đất trên mặt bằng; áp lực động đất; áp lực do trơng nở đất; áp lực thuỷtĩnh của nớc ngầm; tải trọng đặt từ phía trong công trình (áp lực chất lỏng hoặc khí)

Tờng công trình thi công bằng phơng pháp “tờng trong đất” và phơng pháp hạ giếng ngănngừa đợc khả năng chuyển vị ngang của đất xung quanh công trình Tính toán chúng chịu tác động

áp lực ngang cơ bản của đất đợc tiến hành trong trạng thái tĩnh

H.3.17 Kết cấu giếng chìm BTCT toàn khối:

1 kết cấu bên trên; 2 sàn; 3 tờng bao (thành giếng); 4 dao giếng; 5 móng cột.

Nếu công trình chứa chất lỏng (ví dụ bể xăng dầu) và có thể không có sự tiếp xúc chặt chẽ ờng công trình với đất (khi thi công công trình bằng phơng pháp lộ thiên có đắp đất trở lại hoặc khithi công giếng hạ chìm), khi tính toán công trình chịu áp lực chất lỏng bên trong cần tiến hành vớigiả thiết không có áp lực bên ngoài của đất

t-Khi chất tải trọng đối xứng trục bằng các tải phân bố đều bên ngoài và bên trong (h.3.18), tínhtoán tờng theo sơ đồ biến dạng phẳng

H.3.18 Sơ đồ tính toán công trình ngầm hình trụ chịu áp lực thuỷ tĩnh: a- biến dạng tờng

khi áp lực bên trong, b- sơ đồ tính toán lực trong tiết diện qua tâm

39

a