Nghiên cứu ứng dụng giải pháp neo trong đất tăng cường ổn định mái dốc cửa hầm thủy lợi, thủy điện

Nguyên nhân do quá trình hoá lý... Nguyên nhân do quá trình hoá lý.

NGUY N HÀO

LU N V N TH C S

Hà N i - 2014

NGUY N HÀO

Chuyên ngành: XÂY D NG CÔNG TRÌNH TH Y

L I TÁC GI

Sau m t th i gian thu th p tài li u, nghiên c u và th c hi n, đ n nay lu n

v n Th c s k thu t: “Nghiên c u ng d ng gi i pháp neo trong đ t t ng c ng

n đ nh mái d c c a h m thu l i, thu đi n” đã hoàn thành đúng th i h n theo

đ c ng đ c phê duy t.

Tr c h t tác gi bày t lòng bi t n chân thành t i Tr ng i h c Thu

l i đã đào t o và quan tâm giúp đ t o m i đi u ki n cho tác gi trong quá trình

h c t p và th c hi n lu n v n này

Tác gi xin trân tr ng c m n PGS.TS Bùi V n V nh và TS D ng c

h c c n thi t cho lu n v n

Tác gi xin chân thành c m n ng u , Lãnh đ o, Cán b công nhân viên

giúp đ và t o m i đi u ki n cho tác gi trong su t th i gian h c t p và th c hi n

lu n v n này

Tác gi xin c m n gia đình, các b n bè đ ng nghi p đã h t s c giúp đ

đ ng viên v tinh th n và v t ch t đ tác gi đ t đ c k t qu hôm nay

Trong quá trình nghiên c u đ hoàn thành lu n v n, tác gi khó tránh kh i

nh ng thi u sót và r t mong nh n đ c s góp ý, ch b o c a các th y, cô và cán

M C L C

M U 1

1 t v n đ 1

2 M c đích nghiên c u và đ i t ng nghiên c u: 2

a/ M c đích nghiên c u 2

b/ i t ng nghiên c u 2

3 Ph ng pháp nghiên c u 3

4 Ý ngh a khoa h c c a đ tài 3

CH NG 1: T NG QUAN V HI N T NG S T TR T MÁI D C 4

1.1 Phân lo i hi n t ng đ t s t tr t mái d c (c a h m) Vi t Nam 4

1.1.1 D ng 1: Tr t đ t 4

1.1.2 D ng 2: Xói s t 5

1.1.3 D ng 3: S t l đ t 5

1.1.4 D ng 4: á đ , đá l n 6

1.2 Nh ng đi u ki n d n đ n s t tr t mái d c (c a h m) 6

1.2.1 i u ki n v đ a hình đ a m o 6

1.2.2 i u ki n v đ a ch t và đ a ch t công trình 7

1.2.3 i u ki n v khí h u m t, ngu n n c 8

1.3 Nh ng nguyên nhân d n đ n hi n t ng s t tr t mái d c (c a h m) 9

1.3.1 Nguyên nhân do quá trình tác đ ng c h c 9

1.3.2 Nguyên nhân do quá trình hoá lý 11

1.4 K t lu n 11

CH NG 2: LÝ THUY T CHUNG V N NH MÁI D C VÀ T NG QUAN V CÁC GI I PHÁP GIA C MÁI D C 12

2.1 Các ph ng pháp gi i quy t bài toán n đ nh mái d c 12

2.1.1.Ph ng pháp cân b ng gi i h n 13

2.1.2 Ph ng pháp phân tích tr ng thái ng su t và bi n d ng 22

2.2 Các công ngh x lý s t tr t mái d c (c a h m) hi n nay 24

2.2.1 Bi n pháp thi t l p m t c t hình h c h p lý 25

2.2.2 Bi n pháp thoát n c k t h p b o v m t mái d c ch ng xói l 25

2.2.3 Bi n pháp s d ng các k t c u ch u l c gia c ng 27

2.3 S l c v s phát tri n, c u t o và ng d ng công ngh neo c đ t n đ nh mái d c 28

2.3.1 S l c v s phát tri n công ngh neo trong đ t n đ nh mái d c 28

2.3.2 C u t o chung c a neo trong đ t 29

2.3.3 Các lo i neo trong đ t ng su t tr c 30

2.3.4 Ph m vi ng d ng 33

2.4 K t lu n 33

2.4.1 L a ch n ph ng pháp tính n đ nh mái d c: 33

2.4.2 L a ch n gi i pháp gia c neo n đ nh mái d c: 34

CH NG 3: LÝ THUY T TÍNH TOÁN NEO NG SU T TR C T NG C NG N NH MÁI D C 35

3.1 Bài toán c b n 35

3.1.1 Vai trò c a l c neo ng su t tr c đ c i thi n tr ng thái ng su t trong đ t 35

3.1.2 Vai trò c a l c neo ng su t tr c đ n đ nh t ng th mái d c 36

3.2 Lý thuy t tính toán neo 38

3.2.1 Xác đ nh s c ch u t i c a neo trong đ t theo m t s tiêu chu n c a các n c trên th gi i 38

3.2.2 Trình t thi t k neo t ng c ng n đ nh mái d c: 58

3.2.3 S đ t ng quát tính n đ nh mái d c 61

3.3 K t lu n ch ng 3 61

3.3.1 Nghiên c u bài toán n đ nh mái d c b ng neo cho ta th y tác d ng c a neo

v n đ nh mái dôc nh sau: 61

3.3.2.Qua kh o sát các tiêu chu n xác đ nh Po c a m t s n c trên th gi i cho th y: 62

3.3.3.Trình t tính toán n đ nh mái d c tác gi nêu ra trên c s nghiên c u trình t 63

CH NG 4: NG D NG K T QU NGHIÊN C U VÀO THI T K NEO T NG C NG N NH MÁI D C NG H M THU L I RÀO TR T NH HÀ T NH 64

4.1 Khái quát v đi u ki n t nhiên 64

4.1.1 V trí đ a lý 64

4.1.2 c đi m đ a hình 64

4.1.3 c đi m đ a ch t, đ a ch t thu v n khu v c tuy n đi qua 65

4.1.4 Phân tích nguy c gây s t tr t mái d c c a h m thu l i Rào Tr 68

4.2 Khái quát v k t qu thi t k neo c a h m thu l i Rào Tr 70

4.2.1 Quy mô d án 70

4.2.2 K t qu thi t k neo c a h m Rào Tr 72

4.2.3 Nh n xét và ki n ngh 73

4.3 Thi t k neo t ng c ng n đ nh mái d c c a h m thu l i Rào Tr 74

4.3.1 S đ tính toán 74

4.3.2 Ki m tra n đ nh mái d c thi t k ng v i đi u ki n t nhiên 74

4.3.3 Ki m tra n đ nh mái d c thi t k ng v i đi u ki n b t l i (Tr ng h p bão hòa n c) 76

4.3.4 Thi t k neo t ng c ng n đ nh mái d c c a h m thu l i Rào Tr 77

4.3.5 S đ thi công, bi n pháp thi công neo t ng c ng n đ nh mái d c c a h m thu l i Rào Tr 81

4.4 K t lu n 84

K T LU N KI N NGH 86

1.N i dung đã gi i quy t c a đ tài 86

2.K t lu n 86

3.Ki n ngh : 88

4.Nh ng m t còn t n t i và đ nh h ng nghiên c u ti p theo 88

TÀI LI U THAM KH O 90

1.Ti ng vi t 90

2.Ti ng anh 91

DANH M C HÌNH V

Hình 4.2: K t qu tính n đ nh mái d c c a h m Rào Tr b ng ph n m m Geo – slope

52

M U

1 t v n đ

Trong công cu c đ i m i, hi n đ i hoá và công nghi p đ t n c, nhà n c ta

đã có nh ng đ u t r t l n vào c s h t ng, đ c bi t là các công trình thu l i, thu đi n, công trình giao thông Nhi u công trình đang đ c xây d ng v i ch tiêu

k thu t ngày càng cao trên kh p m i mi n đ t n c

M t s công trình đi qua vùng có đ a hình, đ a ch t, thu v n ph c t p d n

đ n th ng xuyên x y ra các hi n t ng s t tr t làm m t n đ nh mái d c Vì v y

vi c xây d ng các công trình phòng h ch ng s t tr t mái d c c a h m thu l i, thu điên, t ng, kè, mái d c đ ng giao thông v.v chi m m t t l đáng k trong quá trình xây d ng Hi n t i nhi u bi n pháp ch ng s t tr t đang đ c s d ng

ph bi n đ nâng cao n đ nh mái d c nh : ào gi t c p trên mái dôc, t ng ch n

bê tông c t thép, đá xây, kè r đá v.v Tuy nhiên qua th c t tình hình s t tr t v n

x y ra t i các mái d c đã đ c ra c

ng d ng neo trong đ t đá đ ch ng tr t mái d c c a h m thu l i, thu

đi n là m t gi i pháp m i, gi i quy t tri t đ h n v n đ n đ nh v i mái d c đào sâu Ngoài ra, k t c u neo k t h p v i khung bê tông, t ng ch n, c c khoan nh i v.v làm cho k t c u thanh m nh, có tính th m m cao, đ ng th i làm gi m đáng k

kh i l ng đào đ p đ t đá và vi c thi công neo trong đ t c ng không đòi h i m t

b ng l n

Tr c nh ng n m 50 c a th k 20, thanh neo trong đá đã đ c ng d ng trong k t c u v h m N m 1958 m t công ty c a c l n đ u tiên dùng neo gi

t ng ch n đ t đ thi công h móng sâu Các k thu t neo đã đ c phát tri n m nh

m trong h n 40 n m qua đ n m c nó đã đ c dùng r ng rãi trong ng d ng t m

th i và lâu dài trên kh p th gi i, không ch t ng v s l ng neo l p đ t mà ph m

vi s d ng c ng đã m r ng đáng k Công ngh neo đ t ng su t tr c b ng thép

c ng đ cao đ c ng d ng cho các lo i công trình ng m trong thu l i, thu đi n,

n đ nh mái d c, neo gi tháp và móng c u v.v

Vi t Nam công ngh neo trong đ t đã đ c dùng trong các công trình nh :

H m thu đi n Hoà Bình, h m đ ng b qua đèo H i Vân G n đây, công ngh neo trong đ t đ c ng d ng đ b o v mái d c c a h m Ngàn Tr i (Hà T nh), h m A Roàng, mái d c đ ng H Chí Minh, c ng Tiên Sa ( Thành Ph à N ng).v.v

H u h t các công trình này đ u do T v n n c ngoài th c hi n d a trên c s kinh nghi m và thí nghi m kéo th t i hi n tr ng

Qua th c t x lý ch ng s t tr t mái d c c a h m H i Vân, gi i pháp neo trong đ t t ra là m t gi i pháp k thu t có nhi u u đi m c n đ c nghiên c u và

ng d ng r ng rãi

Do v y, đ tài "Nghiên c u ng d ng gi i pháp neo trong đ t t ng c ng

n đ nh mái d c c a h m thu l i, thu đi n" có ý ngh a th c ti n trong s n xu t

và góp ph n nh vào vi c ph bi n ng d ng neo trong đ t nói chung và trong xây

d ng thu l i thu đi n nói riêng

Ph m vi ng d ng c a neo trong đ t r t r ng, trong lu n v n này tác gi ch

đi sâu nghiên c u và ng d ng công ngh neo trong đ t đ t ng c ng n đ nh mái

- Lý thuy t n đ nh mái dôc

- Công ngh neo t ng c ng n đ nh mái dôc

- C a h m công trình thu l i Rào Tr

3 Ph ng pháp nghiên c u

- Thu th p, các tài li u có liên quan

- Nghiên c u các d ng s t tr t

- Nghiên c u lý thuy t v n đ nh mái d c và tính toán c a gi i pháp neo

t ng c ng n đ nh mái d c V n d ng lý thuy t đ tính toán neo trong đ t t ng

c ng n đ nh mái d c h m công trình thu l i Rào Tr

4 Ý ngh a khoa h c c a đ tài

Góp ph n nghiên c u b n ch t hi n t ng s t tr t và ng d ng công ngh neo trong đ t vào l nh v c n đ nh mái d c ph c v công tác x lý đ t s t tr t mái

d c c a h m các công trình Thu l i, thu đi n

CH NG 1: T NG QUAN V HI N T NG S T TR T MÁI D C 1.1 Phân lo i hi n t ng đ t s t tr t mái d c (c a h m) Vi t Nam

Theo k t qu th ng kê th c t cho th y, các d ng s t tr t ph thu c vào đ c

đi m v đ a hình, đ a ch t công trình, th y v n, đ a ch t th y v n và khí h u Có th phân lo i hi n t ng s t đ t nói chung ra 4 lo i đ c tr ng sau đây:

Tr t đ t là hi n t ng di chuy n c a kh i đ t đá (th ng là đ t đá lo i sét) theo

m t m t tr t nh t đ nh, th ng có d ng hình tr tròn (kh i tr t đ t x y ra trong

n n đào ho c n n đ p có c u trúc đ t t ng đ i đ ng nh t) ho c có m t tr t gãy khúc ph thu c vào d ng b m t t ng đá g c l p d i sâu Kh i đ t đá d ch chuy n g i là kh i tr t Chi u dài kh i tr t có th t i vài tr m mét, th tích có th

t i hàng tri u mét kh i ho c h n n a V nguyên lý, hi n t ng tr t đ t này khi

ho t đ ng thì toàn b kh i đ t n m trong l ng th tr t đ u b di chuy n đ ng th i,

đ t đá n m trong kh i tr t ít b xáo tr n Cây c i ho c công trình trên b m t b nghiêng và cùng b di chuy n v i kh i tr t Trên b m t đ a hình s đ l i m t vách tr t hay b c tr t rõ r t kèm theo v t n t c a vách tr t Theo phân lo i c a Giáo s N.N.Maxl p lo i tr t đ t này g n t ng đ ng v i d ng “s p đ , v a c t,

v a quay” Tùy thu c vào m t vài d u hi u khác trong c ch tr t mà còn có các

ph h ng nh tr t c , tr t sâu, tr t nông, tr t ph ng (tr t t ng ph ), tr t theo m t đá g c, tr t dòng…

Trong s các lo i tr t đ t, d ng tr t sâu tuy không ph bi n, nh ng n u đã

x y ra thì r t nguy hi m Kh i l ng đ t tr t và h u qu th ng gây ra r t l n Nhi u ch m t đi n a qu núi, làm m t ho c xê d ch m t đo n n n đ ng dài hàng

tr m mét Ví d nh tr t c Km 112 và 119 trên qu c l 4D (Lào Cai – Sa Pa),

Km 27 trên qu c l 37 (th xã Yên Bái) …

Khi xu t hi n h u h t các lo i tr t đ t này th ng gây nên nh ng h u qu nghiêm tr ng, làm đ v nhi u nhà c a c a dân trong khu v c nh h ng, th m chí

có th gây thi t m ng cho ng i và h y ho i các ph ng ti n giao thông khi qua

ch m, có th sau hàng gi , hàng ngày, hàng tu n m i hoàn thành m t quá trình xói

s t Kh i l ng xói s t th ng không l n và tùy thu c vào m c đ phong hóa c a

đ t đá, đ d c c a mái d c, l ng n c ng m, n c m t H u qu cu i cùng c a

hi n t ng này th ng đ l i trên m t mái d c nh ng rãnh xói, m ng xói ho c

nh ng hang h c S n v t c a xói s t đ t th ng là nh ng đ ng đ t ch t đ ng chân

d c

M t d ng xói khác th ng g p trong th c t , đó là hi n t ng dòng bùn đá ch y

t các vách núi ho c t các khe t th y xu ng m t đ t Tr n l bùn đá x y ra vào tháng 10/2000 trên Qu c l 27 Lâm ng đã gây nên nh ng h u qu nghiêm tr ng cho s n xu t nông nghi p, làm h h i hàng ch c Km đ ng và gây nên thi t h i t i hàng ch c t đ ng

1.1.3 D ng 3: S t l đ t

V b n ch t, s t l đ t đá là giai đo n cu i cùng c a hi n t ng xói s t đã nêu trên Trong th c t , đ i v i s t l khó phát hi n th y các d u hi u vách s t, m t

tr t m t cách rõ ràng S n v t đ t s t l có xu h ng d ch chuy n xu ng chân mái

d c, đ t đá n m trong kh i đ t s t b xáo tr n kèm cây c i th ng đ ng n ngang Khi s t l đ t di n ra th ng x y ra r t nhanh và làm cho kh i đ t xung quanh b

bi n d ng, n t r n, nh h ng đ n đ n đ nh c a các kh i đ t ti p c n nó Kh i

l ng s t lo i này c ng có th đ t t i m c đ khá l n và có th tràn xu ng l p h n

m t đo n đ ng ây là m t d ng đ t s t ph bi n nh t trên các mái d c vùng núi

Ho t đ ng mãnh li t c a ki n t o, tính đa d ng c a th ch h c, quá trình ngo i

l c ph c t p và lâu đ i, mà đ c bi t là ho t đ ng xâm th c đã đ l i trên m t đ t c a toàn lãnh th m t đ a hình r t ph c t p c đi m đó nh h ng tr c ti p đ n quá trình đ a ch t đ ng l c mà tr c h t là tr t đ t

Khi m c đ phân c t m nh (khe xói nhi u, đ d c núi l n) thì s l ng và kh i

l ng s t tr t càng nhi u Khe xói, eo núi, thung l ng c ng là k t qu c a s xâm

th c bóc mòn Cho nên vùng nào đ i núi c u t o t đá g c có thành ph n th ch h c

và c u trúc đ ng nh t nh Granit, Rhyolit, Bazan,…th ng tròn tr nh v i đ a hình

“bát úp”, s n tho i, đ nh tròn và t ng đ i ph ng, ít b chia c t Tùy thu c m c đ phong hóa c a đ t đá và chi u cao, đ d c m t đ t mà lo i hình này th ng ít b

s t tr t Trong đó s n núi là đ t đá không đ ng nh t v thành ph n và c u trúc

nh đá tr m tích, cát k t, sét k t, …thì m t đ a hình g gh , nhi u khe xói v i đ a hình chân chim và b chia c t m nh i v i lo i đ a hình này, hi n t ng đ t s t bao g m 4 d ng c b n nêu trên phát tri n v i m c đ m nh N u nh m c đ phân cách sâu càng l n thì kh i l ng đ t s t càng nhi u

M t khác khi con ng i tác đ ng vào thiên nhiên s làm nh h ng đ n n đ nh mái d c, bi u hi n m t s m t nh sau:

+ ào núi làm đ ng h m th y l i, th y đi n, làm đ ng giao thông, phá v

th n đ nh t nhiên c a s n đ i thiên nhiên c bi t là nh ng đo n đào sâu

t o nên nh ng vách mái d c nguy hi m có đ cao t 10m tr lên

+ ào núi làm đ ng h m th y l i, th y đi n, làm đ ng giao thông, khai thác

m v i đ d c mái d c không h p lý, không xét đ n nh ng y u t có nh h ng

Vì v y đ a hình là y u t quan tr ng không nh ng liên quan đ n kinh t mà còn

nh h ng đ n đ n đ nh trong xây d ng và khai thác

1.2.2 i u ki n v đ a ch t và đ a ch t công trình

Trong th c t khi th y đá còn t i và nguyên kh i c a các lo i Macma (Granit),

bi n ch t (G nai, qu c zit, tr m tích, đá vôi, cát k t, b t k t, sét k t,…) thì ngay trong mùa m a l hi n t ng đ t s t c ng r t ít phát sinh, ch có hi n t ng đ t l

ho c đá đ nh ng kh i l ng không nhi u Trong lúc đó g p nhi u tr ng h p mà các y u t hình h c nh nhau nh ng đâu có lo i đá phi n sét màu đen, đá phi n Xerixit, sét k t màu nâu, gan trâu (đèo Ma Thi H , Phong Th - Lai Châu, đèo Pê

ke đ ng H Chí Minh) Thì đ y đ t s t phát sinh tr m tr ng L p đ t phong hóa đây dày, thành ph n ch y u là đá d m s c c nh, kích c không đ ng đ u th ng

là d t và dài (v n là t đá phi n sét b ra) xen l n đ t sét Ngoài ra do m a nhi u và

m a dài ngày t ng phong hóa d y, l ng n c ng m tàng tr trong đ t khá l n làm cho l ng đ t đá v n đã r i r c l i thêm m t, l c kháng c t nh Nh v y liên quan đ n s phát sinh và phát tri n hi n t ng đ t s t, mà ch y u v n là thành

ph n đ t đá, c u t o theo chi u dày c a t ng phong hóa y là đi u ki n c b n đ phát sinh đ t s t

nh ng dòng ch y có l u t c l n Vì v y vào mùa m a dòng n c l n gây ra s phá

h y và làm xói mòn đ t đá hai bên dòng su i và chân d c, cu i cùng c kh i núi

m t n đ nh tr m tr ng

N c m a: N c m a không nh ng là ngu n cung c p cho n c m t mà còn

t o thành dòng ch y trên b m t đ a hình, làm bào x i, cu n trôi đ t đá, nh ng s n

v t phong hóa và c nh ng mãnh núi l n K t qu t o ra nh ng hi n t ng xói s t

và s t tr t, ho c hình thành lúc đ u là các m ng xói, rãnh xói và v sau là nh ng

s t tr t l n Ngoài ra n c m a còn là ngu n cung c p cho n c ng m nh t là

nh ng n i đ t đá có h s l n

N c ng m: Ngoài bi u hi n làm bi n đ i lâu dài đ b n c a đ t đá theo m t c

ch gi ng nh quá trình phong hóa v trái đ t N c ng m th i đi m b t l i có tác

1.3 Nh ng nguyên nhân d n đ n hi n t ng s t tr t mái d c (c a h m)

Th c t cho th y hi n t ng s t tr t do tác đ ng đ ng th i c a c hai quá trình

c h c và hóa lý hi u đ c b n ch t c a quá trình s t tr t chúng ta nghiên c u

hi n t ng ch y d o c h c và ch y d o hóa lý c a đ t lo i sét

1.3.1 Nguyên nhân do quá trình tác đ ng c h c

Quá trình nén ch t đ t trong thiên nhiên khi đ a hình n m ngang là quá trình nén không n hông i u ki n đó có th th c hi n đ c trong phòng thí nghi m b ng cách t o ra áp l c hông b ng áp l c th ng đ ng, t c là khi σ1=σ2=σ3 (hình 1.1)

v i áp l c σ là đ ng cong tho i d n (đ ng 1 trong hình 1.1) Trong tr ng h p

σ2=σ3 =0, bi n d ng t ng đ i s t ng h n nhi u khi σ1 t ng (đ ng cong 2 trong hình 1.1) Sau khi áp l c σ1 đ t t i tr s gi i h n σth bi n d ng t ng lên đ t ng t và khi áp l c c đ nh đó (σth ), bi n d ng v n ti p t c t ng Tr s σth đ c tr ng cho

gi i h n b n c a m u đ t khi b nén Bi n d ng c a m u đ t t i áp l c này g i là

bi n d ng ch y

Có th ti n hành nh ng thí nghi m trong đi u ki n m u đ t ch u áp l c bên (σ2,σ3 ) nh h n σ1 và t ng h n σ1 Hi n t ng nén lún s x y ra nh đ ng cong 3 (hình 1.1), đo n đ u là t ng h p k t qu c a c quá trình nén và ch y c a đ t Khi

t ng σ1 có ngh a là t ng hi u ng su t chính, bi n d ng ch y t ng lên

K t qu c a nhi u thí nghi m cho th y σth ph thu c vào tr s tuy t đ i c a σ1

-σ3 Th c nghi m c ng cho th y r ng hi u σ1 -σ3 t ng do σ3 gi m s gây bi n

Các lo i đá c ng ch có th ch y khi ng su t chính chênh l ch r t l n, cho nên

bi u hi n ch y ch xu t hi n khi đá s n r t d c, vách hào sâu

Bi u th c trên cho ta th y s ch y c a đ t có th do nh h ng c a hi u ng

su t chính g i là ch y d o c h c

M t phân t đ t n m s n d c s có ng su t chính l n nh t là σ1 t o b i

tr ng l ng các l p đ t đá n m trên nó và ng su t chính nh nh t σ3 là áp l c hông Tr s σ3 nh nh t v phía s n d c S thay đ i σ1 -σ3 có th do đào xói b

c a sông, do các công trình đào c t chân mái d c, do ch t t i, do xe ch y Nh ng tác đ ng này làm gi m h s n đ nh và do v y đ t đá d sinh ra bi n d ng ch y

Nh đã phân tích trên cho ta th y s ch y d o c a đ t c th do nh h ng c a

hi u ng su t chính g i là ch y d o c h c

1.3.2 Nguyên nhân do quá trình hoá lý

Nh đã phân tích trên, Kođ ph thu c vào hi u c a σ1 và σ3 , Ph thu c vào

l c dính C L c dính c a đ t là do l c Vanđecvan (l c dính nguyên sinh) và l c Ion (l c g n k t do các mu i th ch cao, canxit, s t tích đ ng, ) nh h ng c a l c Vanđecvan s gi m do đ t b n , còn nh h ng c a l c Ion gi m do màng liên k t xim ng b phá h y

Tóm l i nguyên nhân chung d n đ n hi n t ng đ t đá s t bao g m nhi u y u

t , trong đó có các y u t thiên nhiên và có các y u t do chính con ng i gây ra

1.4 K t lu n

T nghiên c u các d ng s t tr t, m i lo i s t tr t th ng x y ra b i đi u ki n nào và nguyên nhân nào d n đ n s t tr t Hi u dõ đ c đi u đó nh m giúp cho

CH NG 2: LÝ THUY T CHUNG V N NH MÁI D C VÀ T NG QUAN V CÁC GI I PHÁP GIA C MÁI D C

2.1 Các ph ng pháp gi i quy t bài toán n đ nh mái d c

Mái d c b phá ho i do t i tr ng sinh ra t ng lên và v t quá s c ch ng tr t c a

đ t trong m t ph m vi th tích khá l n S t đ t, tr t đ t là hi n t ng m t n đ nh

và d ch chuy n xu ng phía d i c a đ t đá theo m t ho c nhi u m t mà t i đó l c gây tr t v t quá l c gi

M i kh i tr t đ u t o nên m t khu tr t mà ranh gi i, hình d ng c a nó trên

m t b ng đ c quy t đ nh b i kích th c và ki u tr t Ph ng th c dich chuy n

đ t đá r t khác nhau s quy t đ nh d ng nêm tr t khác nhau

tính toán n đ nh mái d c, ng i ta có th dùng nhi u ph ng pháp khác nhau, nh ng nói chung phân chia làm hai nhóm chính: Nhóm th nh t đánh giá s

n đ nh d a trên s phân tích tr ng thái cân b ng gi i h n c a các l c tác d ng lên mái d c theo m t m t tr t nào đó Nhóm th hai d a trên s phân tích tr ng thái

ng su t – bi n d ng c a kh i tr t Các ph ng pháp tính n đ nh mái d c có th

li t kê nh sau:

Hình 2.1: S đ các ph ng pháp tính toán n đ nh

2.1.1.Ph ng pháp cân b ng gi i h n

Lý thuy t môi tr ng r i đã đ c Coulomb kh i x ng t n m 1773 Sau đó

đ c các nhà khoa h c Rankine, Kurđyumov, Kotter, Krey, Pranđtl, Geereerrxevanov, Fellenius, Terzaghi, ti p t c nghiên c u Nh ng lý thy t này

hi n đang đ c ti p t c nghiên c u và phát tri n trong nh ng n m g n đây nh s phát tri n c a máy tính đi n t và ph ng pháp ph n t h u h n đ c ng d ng

Mô hình bài toán:

Mô hình hóa bài toán phân tích n đ nh mái d c c n có các thông s đ u vào

nh sau:

+ Mô hình đ a ch t – trong đó toàn th kh i đ t đ c phân tích thành nh ng

ph n t đ a ch t công trình riêng bi t (các m t c t ngang đ a ch t) là nh ng v t th

đ a ch t đ ng nh t v thành ph n, tr ng thái, tính ch t v t lý

+ Các đ c tr ng tính toán c a s c ch ng tr t c a các ph n t đ a ch t công trình

+ Trong l ng th tích c a m i ph n t đ a ch t công trình

+ Các s li u v đ a ch n c a vùng

Kw ERG

N T

α mực nước

Hỡnh 2.2: Mụ hỡnh bài toỏn phõn tớch n đ nh mỏi d c Trong đú:

G: Tr ng l c kh i tr t T: L c ma sỏt

α : gúc d c N: ph n l c phỏp tuy n Kw: L c đ ng đ t

EL, ER: l c t ng tỏc theo ph ng ngang gi a cỏc m nh Cỏc gi thuy t c a lý thuy t cõn b ng gi i h n:

+ t là lo i v t li u tuõn theo đ nh lu t Morh – Coulomb

+ H s an toàn c a cỏc thành ph n c ng đ l c dớnh và gúc ma sỏt là b ng nhau đ i v i m i lo i đ t cú cựng giỏ tr l c dớnh và gúc ma sỏt

+ H s an toàn là gi ng nhau đ i v i m i c t đ t

Cỏc yờu c u v h s an toàn:

H s an toàn đ c xỏc đ nh nh m t h s mà ng su t ti p trong kh i đ t b

gi m xu ng đ a kh i đ t vào tr ng thỏi cõn b ng gi i h n t i m t tr t cho tr c

H s an toàn đ c đỏnh giỏ qua t s gi a l c ch ng tr t và l c gõy tr t:

(2.2) Trong đó:

ER W

N S

Xn-1

Xn+1

αHình 2.3: Mô hình phân tích th i đ t trong bài toán n đ nh mái d c

β Là chi u dài đo n cung tr t thu c c t đ t

H s an toàn cân b ng mô men:

T hình trên, ta l p công th c tính h s an toàn cân b ng mô men Trong tr ng

h p này, t ng mô men c a t t c các c t đ t đ i v i tâm tr t có th vi t nh sau:

∑W x -∑S m R-∑Nf +∑kWe±[ ]Dd ±Aa=0 (2.4)

D u móc [ ]trong công th c trên có ngh a r ng các l c này ch tính đ i v i c t

đ t trên đó có l c tác d ng T công th c 2-3 và công th c 2-4 ta có công th c tính

ra h s an toàn:

−+

Aa Dd kWe Nf

Wx

R u N R

Có th d a trên hình 2.3 đ l p công th c tính h s an toàn cân b ng l c T ng các l c theo ph ng ngang đ i v i t t c các c t đ t:

A D

kW N

u N c

ϖα

αφβα

β

cossin

costan)(

cos

(2.7) Công th c 2-7 c ng là phi tuy n

L c pháp tuy n t i đáy c t

L c pháp tuy n t i đáy c t đ t xác đ nh t t ng các l c theo ph ng th ng đ ng trên c t đ t:

-W+(XL-XR)+Ncosα+Smsinα -[Dsinϖ]=0 (2.8)

T công th c 2-3 và 2-8 ta có công th c tính ra l c pháp tuy n N:

N=

F

D F

u c

X X W

L

R

'

' '

tan sin cos

sin tan

sin sin

) (

φαα

ϖφ

αβαβ

(2.9)

H s an toàn F b ng h s an toàn cân b ng mô men Fm khi gi i quy t v n đ cân b ng mô men và b ng h s cân b ng l c khi gi i quy t v n đ cân b ng l c Các y u t xác đ nh (đã bi t) đ c dùng đ xác đ nh h s an toàn là t ng các

l c theo hai h ng và t ng mô men Các y u t này là không đ đ xác đ nh v n

đ C n bi t thêm thông tin v thành ph n l c gi a các c t đ t B ng 2.1 sau t ng

h p các thành ph n đã bi t và ch a bi t liên quan đ n phân tích n đ nh mái d c

B ng 2.1: T ng h p các thành ph n đã bi t và ch a bi t liên quan đ n phân tích n

đ nh mái d c

Thông th ng, đ có th gi i đ c bài toán, s l ng bi n ch a bi t ph i b ng

v i s l ng ph ng trình có th xác l p đ c Theo b ng rõ ràng s l ng bi n

ch a bi t (6n-2) l n h n s ph ng trình có th xác l p đ c (4n) Nh v y, đ gi i

đ c bài toán, m t s bi n trong b ng ph i gi đ nh

M i tác gi đ a ra m t gi thuy t khác nhau đ có th gi i đ c bài toán cân

b ng gi i h n Ví d nh : ph ng pháp phân m nh thông th ng, gi thuy t đ n

gi n hóa c a Bishop, gi thuy t c a Quân đ i M c i ti n ph ng pháp gi i c a các

k s Th y i n, gi thuy t Morgenstern and Price, gi thuy t đ n gi n hóa c a Spencer, gi thuy t đ n gi n hóa c a Fellenius

a) Gi thuy t đ n gi n hóa c a Fellenius – ph ng pháp phân m nh đ n gi n: Fellenius, 1936: B qua nh h ng c a l c tác d ng theo ph ng đ ng và ngang

gi a các th i đ t Công th c xác đ nh l c pháp tuy n nh sau:

N=Wcosα -kWsinα +[Dcos(ϖ+α−90)] (2.10)

S d ng công th c 2-10 vào công th c 2-5 và 2-7 cho ta giá tr ban đ u đ tính

h s an toàn theo công th c sau:

− +

Aa Dd kWe f

D kW

W Wx

R u D

kW R

c

) 90 cos

sin cos

tan ) 90

cos sin

cos ((

αϖα

α

φβ

αϖα

αβ

(2.11)

b) Gi thuy t đ n gi n hóa c a Bishop:

Gi thuy t đ n gi n hóa do Bishop đ ngh b qua l c t ng tác theo ph ng

u c

W

'

''

tansincos

sintan

sinsin

φαα

ϖφ

αβαβ

+

− +

Aa Dd kWe f

F

D F

u c

W W

R u F

D F

u c

W R c

' '

' '

' '

'

tan sin cos

sin tan

sin sin

tan tan

sin cos

sin tan

sin sin

φαα

ϖφ

αβαβ

φβ

φαα

ϖφ

αβαββ

A D

kW F

D F

u c

W

u F

D F

u c

W c

ϖα

φαα

ϖφ

αβαβ

αφβφ

αα

ϖφ

αβαβα

β

cossin

tansincos

sintan

sinsin

)costan)tan

sincos

sintan

sinsin

(cos

'

' '

' '

' '

Z

W

N S α

Hình 2.4: Xác đ nh các thành ph n l c theo thuy t đ n gi n hóa c a Janbu e) Ph ng pháp m t tr t gãy khúc:

Ph ng pháp đánh giá n đ nh c a mái d c thông qua l c đ y c a phân m nh

th nh t – Ph ng pháp chi c nêm:

Wc

Wa

Wp Za

C'D

FD

Wa Wa

C'D

C'D

FD U

Fi =Fi+1cos(αi −αi−1)+KodPisinαi-Picosαitgϕ-Ci ∆Li (2.15)

Ph ng pháp này th ng dùng đ tính toán n đ nh mái d c đã bi t tr c m t

tr t – ví d nh tr t mái d c trên m t l p đá

f) Ph ng pháp mái d c vô h n

Mái d c vô h n nh hình v : Mái d c có góc d c β Mái d c có l p đ t các đ c

tr ng nh sau: Dung tr ng γ, l c dính k t c’, góc ma sát trong φ’

−

∞ +

mặt trượt

Z

β β γ

τ =Zsin cos β γ

σ =Zco2s

Hỡnh 2.6: Mụ hỡnh bài toỏn mỏi d c dài vụ h n – m t tr t ph ng

H s an toàn ch ng tr t d c theo b m t đ sõu Z trong tr ng h p t ng quỏt đ c xỏc đ nh theo bi u th c:

w

h

h h c

0

' 2

0

cossin

tancos)(

γββ

φβγ

φβγ

cossin

tancos2

B ng gi thuy t v tr ng thỏi ng su t và bi n d ng c a cỏc phõn t đ t trờn m t

m t ho c m t vựng c a mỏi d c tr ng thỏi t i h n theo lý thuy t tr ng thỏi ng

su t, cỏc tỏc gi tớnh toỏn ng su t và chuy n v c a cỏc phõn t đ t trong mỏi d c Sau đú so sỏnh v i cỏc gi thuy t v s c khỏng c t c a phõn t đ t và bi n d ng c a mỏi d c i di n cho ph ng phỏp này là cỏc ph ng phỏp c a Morh – Culomb và Morh – Rankin

σ 3 O1 σ 1 σ

σ1

σ3σαη

Hình 2.7: S c kháng c t c a phân t đ t theo đ nh lu t Morh - Culomb

Trong tr ng h p t ng quát, các ph ng trình cân b ng tr ng thái ng su t trong t a đ (x,y) đ c trình bày theo d ng:

sin

=

∂

∂ +

∂

∂

z y

yz y

θγτσ

cos

=

∂

∂+

∂

∂

y z

yz z

σ

σ

τσ

2

2 2

sin)tan.2(

4)(

=+

−

+

−

c c z y

yz z

y

(2.18)

Bi u di n các thành ph n ng su t qua các ng su t chính ta có l i gi i c a bài toán đ c vi t nh sau:

σ1 σ2

45 45 0

0

S 1-®­n

trî

2.2 Các công ngh x lý s t tr t mái d c (c a h m) hi n nay

n c ta, trong nh ng n m g n đây các gi i pháp phòng ch ng đ t s t đ c

v n d ng m t cách linh ho t đã thu đ c nh ng thành công nh t đ nh, đ m b o n

đ nh cho các công trình th y đi n, th y l i, giao thông, khai thác m Các gi i pháp công ngh đ c áp d ng trong phòng ch ng s t tr t mái d c n c ta tính đ n

th i đi m hi n nay bao g m:

đá trên khu v c đ t s t ho c khu v c có th phát sinh đ t s t S m t đ t đá là

y u t tác đ ng th ng xuyên làm bi n đ i tr ng thái v t lý, đ b n và nhi u tính

ch t khác c a đ t đá Bi n pháp thoát n c là m t trong nh ng bi n pháp đ c s

d ng r ng rãi trong các công trình phòng ch ng đ t s t Bi n pháp thoát n c bao

g m thoát n c m t và thoát n c ng m c th nh sau:

- Rãnh đ nh;

- Rãnh d c;

- Rãnh thoát n c trên c ;

Bi n pháp b o v m t mái d c ch ng xói l : ây là bi n pháp đi u ch nh dòng

n c m t h p lý, làm gi m tác d ng gây xói mòn c a n c và gi m t c đ phong hóa c a đ t đá c ng nh t ng c ng s c kháng c t c a đ t đá Bi n pháp b o v m t mái d c bao g m:

- Gia c b m t mái d c b ng đá h c xây;

- Gia c b m t mái d c b ng khung bê tông c t thép k t h p v i đá h c xây

ho c tr ng c ;

- Gia c b m t mái d c b ng ch t k t dính vô c và h u c ;

- Gia c b m t mái d c b ng t m bê tông l p ghép;

- Gia c b m t mái dôc b ng l i thép phun bê tông;

- Gia c b m t mái d c b ng tr ng c ;

- Gia c b m t mái d c b ng l i Enkamat k t h p v i tr ng c

u đi m c a bi n pháp gia c b m t mái d c làm h n ch xói l đ t đá trên b

m t mái d c, gi m l ng n c m t th m xu ng – đây là m t trong nh ng nguyên nhân chính gây m t n đ nh mái d c

Nh c đi m c a bi n pháp này nhi u khi đi u ki n thi công khó kh n và ph i

t ng bê tông xi m ng, t ng bê tông c t thép,

- T ng p mái b ng đá h c xây ho c bê tông xi m ng, t ng áo

- Dùng v i đ a k thu t gia c ng Ph ng pháp này th ng s d ng cho n n

đ p

- Neo: Thanh neo th ng, cáp neo th ng, thanh neo ng su t tr c, cáp neo

ng su t tr c

Trong các k t c u ch u l c đã nêu, t ng ch n là k t c u ch u l c đ c s d ng nhi u nh t và đ c áp d ng h u h t trong các công trình phòng ch ng đ t s t

n c ta

u đi m ch y u c a bi n pháp k t c u gia c ng là t ng đáng k m c đ n

đ nh c a mái d c, là m t trong nh ng bi n pháp chính đ phòng ch ng đ t s t M t

h n ch c a bi n pháp này là giá thành xây d ng t ng đ i cao, m t b ng thi công

r ng nên h n ch khi thi công nh ng n i có đ a hình ch t h p

G n đây, công ngh neo đã đ c áp d ng thành công trong l nh v c x lý đ t

s t Trên th gi i, công ngh neo đ c áp d ng t ng đ i ph bi n vì gi i pháp này

có nhi u u đi m mà các gi i pháp khác không có đ c, đ c bi t áp d ng gi i pháp này trong xây d ng giao thông đ i v i nh ng tuy n đ ng đ c đ o c n nâng c p s

gi i quy t t t v n đ đ m b o giao thông trong qua trình đ u t Neo g m có neo thông th ng và neo ng su t tr c Trong đó neo ng su t tr c có ng d ng r ng rãi h n Nguyên lý tác d ng công ngh neo ng su t tr c: Thông qua cáp neo, c n

neo ng su t tr c, t o ra m t l c pháp tuy n h ng v b m t đ t đá không b s t

tr t

2.3 S l c v s phát tri n, c u t o và ng d ng công ngh neo c đ t n đ nh mái d c

2.3.1 S l c v s phát tri n công ngh neo trong đ t n đ nh mái d c

Trong nh ng n m g n đây n c ta vi c xây d ng các công trình phòng h có tính ch t t ng ch n gia c h móng sâu, ch ng s t tr t mái d c, ngày càng chi m m t t l đáng k trong xây d ng th y l i, th y đi n , giao thông vi c ng

d ng công ngh neo ng su t tr c trong đ t, đá s làm cho các công trình ch ng đ thanh m nh h n, th m m cao h n, ti t ki m v t li u, làm gi m đáng k kh i

l ngđào đ t đá Vi c thi công neo trong đ t c ng không đòi h i m t b ng l n và thi t b thi công ph c t p

Neo ng su t tr c trong đ t ngày nay đ c phát tri n trên c s thanh neo trong đá Tr c nh ng n m 50 c a th k XX, thanh neo trong đá đ c ng d ng trong v h m N m 1958, m t công ty c a c l n đ u tiên dùng neo vào vi c neo

gi t ng ch n đ thi công h móng sâu.Các k thu t v neo phát tri n m nh m trong h n 50 n m qua, neo đ c dùng cho c hai lo i công trình t m th i và lâu dài trên th gi i, đ c bi t Châu Âu và Trung Qu c Vi c ng d ng neo không ch v

s l ng mà còn phát tri n c tính n ng và ph m vi áp d ng Phát tri n t thanh neo không ng su t tr c đ n neo ng su t tr c b ng cáp thép c ng đ cao, ng d ng

đ nh mái d c t i đèo á o trên đ ng H Chí Minh, B o v mái d c c a h

th ng đ ng ng d n n c áp l c nhà máy th y đi n Ancroek –Lâm ng Qua các mùa m a nh ng n m g n đây, các v trí mái d c đ c s lý b ng neo trong đ t đ m

b o n đ nh ch ng t ph ng pháp này r t có hi u qu cho mái d c cao, đ a ch t

x u, k t h p b t l i v ngu n n c m a, n c m t và n c ng m

Trong th i gian qua và trong t ng lai, khi các công trình th y l i, th y đi n, công trình giao thông v n t i vùng sâu, vùng xa, vùng có đ a ch t ph c t p, các công trình h móng sâu trong thành ph , công trình ng m trong nhi u tr ng h p

k t c u ch ng l i áp l c đ t b ng neo là gi i pháp duy nh t

T đ u nh ng n m 1980, Vi n khoa h c công ngh giao thông v n t i do giáo

s Bùi Danh L u ch trì đã ti n hành m t s thí nghi m trong phòng nghiên c u neo b n chôn trong đ t và tr ng thái ng su t xung quanh b u neo khoan Trong khuôn kh các đ tài nghiên c u khoa h c c p b giao thông giai đo n 2001-2003

v neo trong đ t, Vi n khoa h c công ngh giao thông v n t i đã ti n hành nghiên

c u các tiêu chu n thi t k , thi công, nghi m thu neo trong đ t do PGS.TS Nguy n

H u u ch trì và biên d ch quy trình ‘Neo trong đ t ’BS 8081-1989 Ti p theo là

đ tài nghiên c u “ các gi i pháp ch ng s t tr t có s d ng neo cho mái d c n n

đ ng đ p cao và đào sâu” c a ti n s Doãn Minh Tâm,

Nguyên lý tác d ng c a công ngh neo cáp ng su t tr c: Thông qua cáp neo

ng su t tr c, t o ra m t l c pháp tuy n h ng v b m t đ t đá không b s t tr t

M t neo trong đ t nói chung g m 3 b ph n c b n: u neo, dây neo (ho c thanh neo), b u neo

Hình 2.10: S đ c u t o c a neo trong đ t đá