Nghiên cứu phương pháp thiết kế ổn định mái dốc bằng cọc

Quy mô công trình.

L I C M N

Lu n v n th c s chuyên nghành Xây d ng công trình thu v i đ tài “Nghiên c u

ph ng pháp thi t k n đ nh mái d c b ng c c” đ c hoàn thành v i s c g ng

n l c c a b n thân cùng v i s giúp đ nhi t tình c a Khoa Công trình, các th y cô giáo tr ng i h c Thu L i, T ng công ty T v n Xây d ng Th y l i Vi t nam – CTCP (HEC) đã t o m i đi u ki n và đ ng viên giúp đ v m i m t Tác gi xin chân thành c m n các c quan, đ n v và cá nhân nói trên

c bi t, tác gi xin bày t lòng bi t n sâu s c t i th y giáo h ng d n PGS TS Nguy n C nh Thái đã tr c ti p h ng d n và t n tình giúp đ trong th i gian th c

hi n lu n v n

S thành công c a lu n v n g n li n v i quá trình giúp đ , đ ng viên c v c a gia đình, b n bè và đ ng nghi p Tác gi xin chân thành c m n

Trong khuôn kh lu n v n th c s , do đi u ki n th i gian có h n nên không th tránh

kh i nh ng khi m khuy t, r t mong nh n đ c ý ki n đóng góp quý báu c a các

th y cô giáo, các anh ch và b n bè đ ng nghi p

Hà N i, ngày 21 thán g 08 n m 2015 Tác gi

T ng T Trung

M C L C

L I C M N I

L I CAM OAN II

M C L C III DANH M C HÌNH V VII DANH M C B NG BI U X

PH N M U 1

CH NG 1: T NG K T CÁC HI N T NG L T TRONG TH C T , H U QU , CÁC PH NG PHÁP X LÝ CHUNG VÀ GI I THI U PH NG PHÁP NGHIÊN C U 4

1.1 T NG K T CÁC HI N T NG S T TR T MÁI D C TRONG TH C T 4

1.2 CÁC HÌNH TH C GIA C MÁI D C Ã C ÁP D NG TRONG TH C T 10

1.2.1 Gia c m t ngoài mái d c 10

1.2.2 T ng kh n ng n đ nh thân mái d c 11

1.3 CÁC Y U T NH H NG N N NH MÁI D C VÀ I U KI N ÁP D NG PH NG PHÁP GIA C MÁI D C 13

1.3.1 Tình hình ch u l c c a các mái d c 13

1.3.2 i u ki n áp d ng ph ng pháp gia c n đ nh mái d c 13

1.4 TÍNH C P THI T C A V N NGHIÊN C U 14

1.5 K T LU N CH NG 14

CH NG 2: C S LÝ LU N 16

2.1 C S LÝ THUY T CHUNG PHÂN TÍCH N NH C A MÁI D C 16

2.1.1 Các quan đi m v h s an toàn 16

2.1.1.1 Quan đi m th nh t v i h sô an toàn chung 16

2.1.1.2 Quan đi m dùng h s huy đ ng c ng đ ch ng c t c a đ t làm h s an toàn 19

2.1.1.3 K t lu n v h s n đ nh 22

2.1.2 Lý thuy t phân th i 22

2.1.2.1 Nguyên lý c b n 23

2.1.2.2 H ph ng trình c b n c a lý thuy t phân th i 24

2.1.3 Các ph ng pháp phân th i đ tính h s an toàn n đ nh mái d c 27

2.2 C S LÝ THUY T C A PH NG PHÁP PHÂN TÍCH N NH MÁI D C GIA C B NG C C 28

2.2.1 xu t và c s c a ph ng pháp gia c mái d c b ng c c 28

2.2.2 C s lý thuy t c a ph ng pháp 28

2.2.3 Quan h gi a các thông s thi t k h c c đ n s n đ nh mái d c 34

2.2.4 Minh h a trình t thi t k mái d c gia c b ng h c c 40

2.2.5 K t lu n và ki n ngh c a ph ng pháp 44

2.3 PHÂN TÍCH N NH B NG PH NG PHÁP PH N T H U H N 46

2.3.1 L a ch n ph ng pháp tính 46

2.3.2 L a ch n mô hình tính 49

2.3.3 Ph ng pháp tính 50

2.3.4 Thi t l p h th ng ph ng trình c b n c a bài toán 52

2.3.5 Gi i thi u ph n m m tính toán GEOSTUDIO 2007 53

2.4 K T LU N CH NG 54

CH NG 3: ÁP D NG K T QU NGHIÊN C U, PHÂN TÍCH N NH CHO MÁI D C ÀO TRÀN H CH A N C NÀ LÁI, HUY N QU NG UYÊN, T NH CAO B NG 55

3.1 GI I THI U V CÔNG TRÌNH 55

3.1.1 V trí công trình 55

3.1.2 Nhi m v công trình 55

3.1.3 C p công trình và các ch tiêu thi t k 55

3.1.4 Quy mô công trình 55

3.1.5 i t ng áp d ng c a lu n v n 57

3.1.6 S li u đ u vào ph c v tính toán 58

3.1.6.1 Tài li u đ a hình, đ a ch t 58

3.1.6.2 M t c t tính toán 59

3.2 N I DUNG TÍNH TOÁN 60

3.2.1 Tiêu chu n áp d ng 60

3.2.2 Các t h p tính toán: 61

3.2.3 N i dung tính toán 61

3.2.4 Các b c tính toán 62

3.2.4.1 Tính toán th m: 62

3.2.4.2 Tính toán n đ nh: 64

3.3 K T QU TÍNH TOÁN 65

3.3.1 K t qu tính toán th m 65

3.3.2 K t qu tính toán n đ nh 69

3.3.2.1 K t qu tính toán n đ nh v i tr ng h p đi n hình q =

150mm/ng-đ 69

3.3.2.2 K t qu phân tích n đ nh cho t t c các t h p tính toán 74

3.4 XU T GI I PHÁP X LÝ T NG N NH MÁI D C 75

3.4.1 Ph ng án x lý 1: t ng h s mái đào 75

3.4.2 Ph ng án x lý 2: Gia c mái d c b ng c c 77

3.5 PHÂN TÍCH U, NH C I M VÀ L A CH N PH NG ÁN T I U 85

3.6 K T LU N CH NG 85

K T LU N VÀ KI N NGH 86

I NH NG K T QU T C 86

II T N T I VÀ KI N NGH 87

TÀI LI U THAM KH O 87

PH L C: S NH H NG C A C NG , TH I GIAN M A I V I S N NH C A MÁI D C 91

DANH M C HÌNH V

Hình 1-1.L đ t do m a l Veracruz, Mexico ngày 16/09/2013 4

Hình 1-2 L đ t t i mi n B c Afghanistan ngày 05/05/2014 5

Hình 1-3 L đ t t i Hiroshima, Nh t B n ngày 20/08/2014 5

Hình 1-4 S t l đ t Hà Giang ngày 07/07/2013 7

Hình 1-5 S t l đ t L ng S n ngày 17/09/2014 7

Hình 1-6 L đ t do m a l Ngh An ngày 22/09/2014 8

Hình 1-7 L đ t Cao B ng ngày 02/08/2015 8

Hình 1-8 S t l mái d c th ng l u và h l u đ p v t li u đ a ph ng 10

Hình 1-9 Gia c m t ngoài mái d c b ng bê tông 12

Hình 1-10 Gia c mái d c b ng l i đ a k thu t và neoweb 12

Hình 1-11 Gia c m t ngoài mái d c b ng tr ng c 12

Hình 1-12 Gia c mái d c b ng c c 13

Hình 2-1 Xác đ nh momen ch ng tr t, gây tr t v i m t tr t tr tròn 17

Hình 2- 2 Xác đ nh góc ma sát và l c dính huy đ ng 20

Hình 2-3 Các l c tác d ng vào m i th i 23

Hình 2-4 N n bi n d ng đàn h i quanh các c c n đ nh 30

Hình 2-5 Các l c tác d ng lên mái d c không gia c 33

Hình 2-6.Các l c tác d ng lên mái d c gia c b ng c c 34

Hình 2-7 Các m t tr tr t c a mái d c theo hàm s c a v trí hàng c c 36

Hình 2-8 nh h ng c a v trí c c đ n h s an toàn mái d c đ p 37

Hình 2-9 nh h ng c a v trí c c đ i v i h s an toàn mái d c đào 37

Hình 2-10 n đ nh c a các c c chèn trong đá g c 41

Hình 2-11 Mái d c cho ví d đi n hình 41

Hình 2-12 Quan h gi a h s an toàn FS v i t s D 1 /b 42

Hình 3- 1 Bình đ t ng th công trình đ u m i h ch a n c Nà Lái 57

Hình 3-2 M t c t đ a ch t d c tuy n đ ng 58

Hình 3-3 M t c t móng đào tràn h ch a n c Nà Lái 60

Hình 3-4 Hàm h s th m K-l p 3a 63

Hình 3-5 Hàm ch a n c – l p 3a 63

Hình 3-6 Hàm h s th m K-l p 3c 63

Hình 3-7 Hàm ch a n c l p 3c 63

Hình 3-8 L i ph n t và đi u ki n biên tr ng h p m a q = 150mm/ng-đêm 64

Hình 3-9 Bi u đ áp l c th m v i q = 150mm/ngày-đêm, t=2h 66

Hình 3-10.Bi u đ áp l c th m v i q = 150mm/ngày-đêm, t=4h 66

Hình 3-11 Bi u đ áp l c th m v i q = 150mm/ngày-đêm, t=6h 67

Hình 3-12 Bi u đ áp l c th m v i q = 150mm/ngày-đêm, t = 12h 67

Hình 3-13 Bi u đ áp l c th m v i q = 150mm/ngày-đêm, t = 18h 68

Hình 3-14 Bi u đ áp l c th m v i q = 150mm/ngày-đêm, t = 24h 68

Hình 3-15 Bi u đ áp l c th m v i q = 150mm/ngày-đêm, t = 30h 69

Hình 3-16 Bi u đ quan h gi a th i gian m a v i h s n đ nh mái d c K 70

Hình 3-17 K t qu tính toán n đ nh mái d c khi không có m a 70

Hình 3-18 K t qu tính toán n đ nh mái d c v i q = 150mm/ngày-đêm, t=6h 71

Hình 3-19 K t qu tính toán n đ nh mái d c v i q = 150mm/ngày-đêm, t=12h 71

Hình 3-20 K t qu tính toán n đ nh mái d c v i q = 150mm/ngày-đêm, t=18h 72

Hình 3-21 K t qu tính toán n đ nh mái d c v i q = 150mm/ngày-đêm, t=24h 72

Hình 3-22 K t qu tính toán n đ nh mái d c v i q = 150mm/ngày-đêm, t=30h 73

Hình 3-23 K t qu tính toán n đ nh mái d c v i q = 150mm/ngày-đêm, t=36h 73

Hình 3-24 Bi u đ quan h gi a th i gian m a và h s n đ nh v i c ng đ m a khác nhau 74

Hình 3-25 Bi u đ AL th m khi ch a x lý v i q = 200mm/ngày đêm, t = 72h 76

Hình 3-26 Bi u đ AL th m khi đã x lý v i q = 200mm/ngày đêm, t = 72h 76

Hình 3-27 K t qu tính n đ nh khi đã x lý, q = 200mm/ngày-đêm, t = 72h 77

Hình 3-28.Quan h gi a c ly c c S và h s an toàn K c a mái d c 78

Hình 3-29 K t qu tính n đ nh khi x lý 1 hàng c c, S = 3m, D = 2m 78

Hình 3-30 K t qu tính n đ nh khi x lý 1 hàng c c, S = 6m, D = 2m 79

Hình 3-31 K t qu tính n đ nh khi x lý 1 hàng c c, S = 9m, D = 2m 79

Hình 3-32 K t qu tính n đ nh khi x lý 1 hàng c c, S = 12m, D = 2m 80

Hình 3-33 K t qu tính n đ nh khi x lý 1 hàng c c, S = 15m, D = 2m 80

Hình 3-34 Bi u đ quan h gi a c ly c c S và h s n đ nh K 81

Hình 3-35 K t qu tính n đ nh, x lý 1 hàng c c, S=3m, D = 1,5m 82

Hình 3-36 K t qu tính n đ nh, x lý 1 hàng c c, S=3m, D = 2,5m 82

Hình 3-37 K t qu tính n đ nh, x lý 1 hàng c c, S=3m, D = 3,0m 83

Hình 3-38 K t qu tính n đ nh, x lý 1 hàng c c, S=3m, D = 3,5m 83

Hình 3-39 K t qu tính n đ nh khi x lý 2 hàng c c v i S =3m&6m; D=2m 84

Hình PL3 1 K t qu tính n đ nh q = 100mm/ng-đêm, t=12h 91

Hình PL3 2 K t qu tính n đ nh q = 100mm/ng-đêm, t=24h 91

Hình PL3 3 K t qu tính n đ nh q = 100mm/ng-đêm, t=36h 92

Hình PL3 4 K t qu tính n đ nh q = 100mm/ng-đêm, t=48h 92

Hình PL3 5 K t qu tính n đ nh q = 100mm/ng-đêm, t=60h 93

Hình PL3 6 K t qu tính n đ nh q = 100mm/ng-đêm, t=72h 93

Hình PL3 7 K t qu tính n đ nh q = 150mm/ng-đêm, t=48h 94

Hình PL3 8 K t qu tính n đ nh q = 100mm/ng-đêm, t=60h 94

Hình PL3 9 K t qu tính n đ nh q = 100mm/ng-đêm, t=72h 95

Hình PL3 10 K t qu tính n đ nh q = 200mm/ng-đêm, t=12h 95

Hình PL3 11 K t qu tính n đ nh q = 200mm/ng-đêm, t=24h 96

Hình PL3 12 K t qu tính n đ nh q = 200mm/ng-đêm, t=36h 96

Hình PL3 13 K t qu tính n đ nh q = 200mm/ng-đêm, t=48h 97

Hình PL3 14 K t qu tính n đ nh q = 200mm/ng-đêm, t=60h 97

Hình PL3 15 K t qu tính n đ nh q = 200mm/ng-đêm, t=72h 98

DANH M C B NG BI U

B ng 2-1 Tóm t t s l ng n trong vi c tìm h s an toàn 25

B ng 2-2 Tóm t t s l ng các đ i l ng đã bi t trong tìm h s an toàn 26

B ng 2-3 Tóm t t các ph ng pháp tính 27

B ng 3-1 Ch tiêu thí nghi m các l p đ t đá dùng trong tính toán 59

B ng 3-2 Các t h p tính toán n đ nh mái d c 61

B ng 3-3 B ng t ng h p k t qu tính toán v i q = 150mm/ngày- đêm 69

B ng 3-4 B ng t ng h p k t qu tính toán n đ nh v i các t h p 74

B ng 3-5 K t qu phân tích n đ nh khi gia c mái d c b ng c c v i các c ly khác nhau đ n tim c c tính t chân mái d c 78

B ng 3-6 K t qu phân tích n đ nh khi gia c mái d c b ng c c v i S = 3m, thay đ i kho ng cách gi a các c c 81

PH N M U

I TÍNH C P THI T C A TÀI

S t tr t mái d c th ng d n đ n thi t h i v tài s n và đôi khi là tính m ng c a con

ng i B o đ m s n đ nh c a c mái d c t nhiên và nhân t o v n luôn là v n đ

c b n trong k thu t công trình

ch ng l i vi c s t l mái d c, có r t nhi u gi i pháp k thu t và ph ng pháp tính toán thi t k đã đ c nghiên c u và áp d ng ph bi n nh : t ng h s mái d c, làm

t ng ch n, kè lát mái gia c , làm h th ng tiêu thoát n c…M i gi i pháp có nh ng

u và nh c đi m khác nhau phù h p v i t ng đi u ki n c th c a công trình

Trong thi t k , tránh nguy c s t tr t có th nghiên c u xem xét l a ch n m t v trí công trình khác N u nh v trí công trình không th thay đ i, có th c n ph i có các

gi i pháp kh c ph c khác bao g m t ng h s mái d c ho c làm các h th ng thoát

n c b m t và bên trong mái c ng nh các gi i pháp kè, t ng ch n … Tuy nhiên trong tr ng h p h n ch v không gian, không th t ng mái d c và đi u ki n khó

kh n v m t b ng thi công n u áp d ng gi i pháp t ng ch n, kè…có th s d ng

bi n pháp c c gia c mái u đi m c a ph ng pháp là đ n gi n trong thi công, gi nguyên hi n tr ng mái và ti t ki m chi phí

Vi c s d ng c c làm t ng n đ nh mái d c đã đ c áp d ng thành công trong quá

kh và đã đ c ch ng minh là m t gi i pháp hi u qu , d dàng thi công và không

nh h ng x u đ n cân b ng c a mái d c

Xu t phát t t m quan tr ng c a vi c đ m b o an toàn ch ng s t l các mái d c t nhiên và nhân t o, nh t là trong các đi u ki n không th áp d ng các gi i pháp công trình truy n th ng, đ tài lu n v n “Nghiên c u ph ng pháp thi t k n đ nh mái

đ t xung quanh đ m b o bài toán k thu t và kinh t là yêu c u b c thi t

II M C ÍCH NGHIÊN C U C A TÀI

- Nghiên c u các nguyên nhân và c ch gây s t l mái d c, trong đó có nh h ng nhi u nh t là do m a, rút ra k t lu n v s nh h ng gi a c ng đ m a, th i gian

m a v i h s an toàn n đ nh c a mái d c

- T ng h p các gi i pháp công trình đ m b o an toàn mái d c, u đi m, nh c đi m

và đi u ki n áp d ng c a các ph ng pháp xu t nghiên c u ph ng pháp thi t

k n đ nh c a mái d c b ng c c, l a ch n công th c tính toán, trình t tính toán và

ph m vi áp d ng c a ph ng pháp thi t k

- L a ch n gi i pháp b trí c c t i u nh t giúp n đ nh mái d c và ti t ki m chi phí xây d ng b ng vi c nghiên c u ph i h p t i đa s làm vi c c a c c và đ t xung quanh ph m vi c c, đ a ra chi u sâu, m t đ c c h p lý

- Áp d ng k t qu nghiên c u đ tính toán cho m t công trình c th

III CÁCH TI P C N VÀ PH NG PHÁP NGHIÊN C U NGHIÊN C U

- ng d ng, tính toán thi t k n đ nh cho mái d c đào móng tràn x l , h

ch a n c Nà Lái – huy n Qu ng Uyên – t nh Cao B ng

IV K T QU D KI N T C

- K t lu n v nguyên nhân gây s t l mái d c, nh t là s nh h ng c a c ng

đ , th i gian m a đ n h s an toàn c a mái d c

- a ra trình t tính toán thi t k n đ nh mái d c b ng c c, nêu đ c s nh

h ng gi a chi u sâu, kho ng cách, v trí đóng c c t i u v i đ n đ nh mái d c,

t n d ng t i đa s làm vi c c a c c và đ a ch t b n thân mái d c

- T ng k t và đánh giá k t qu , áp d ng tính toán cho công trình c th : mái đào h móng tràn x l , h ch a n c Nà Lái, huy n Qu ng Uyên, t nh Cao B ng

h i do lo i hình thiên tai này c ng còn r t h n ch

Trên th gi i, s t tr t mái d c đã t ng x y ra nhi u n i v i các m c đ , nguyên nhân và h u qu khác nhau Các s c s t tr t mái d c th ng x y ra nhi u nh t

t i Brazil, Nh t B n, H ng Kông và vùng ông Nam á D i đây là m t s v l

Ngày 05/05/2014 sau tr n m a l n đã x y ra v s t l đ t nghiêm tr ng đã làm 159

ng i thi t m ng và 71.000 ng i b nh h ng t i mi n B c Afghanistan (ngu n Internet)

T i Vi t nam, trong nh ng n m g n đây, hi n t ng bi n đ i khí h u c ng làm gia

t ng các tr n m a c ng đ l n và th i gian m a kéo dài gây l l t ng th i, các mái đào t nhiên, nhân t o t i các công trình giao thông, xây d ng, th y l i d i

nh h ng c a m a l đã b s t l r t l n, gây thi t h i v ng i, tài s n, ách t c giao thông, và m t nhi u th i gian, s c l c đ ph c h i

Theo s li u th ng kê, t n m 2000 đ n 2014 đã x y ra 250 đ t l quét, s t l nh

h ng t i các vùng dân c , làm ch t và m t tích 646 ng i, b th ng g n 351

ng i; h n 9.700 c n nhà b đ trôi; h n 100.000 c n nhà b ng p, h h i n ng; h n 75.000 ha lúa và hoa màu b ng p; hàng tr m ha đ t canh tác b vùi l p; nhi u công trình giao thông, thu l i, dân sinh kinh t b h h ng n ng n , t ng thi t h i c tính trên 3.300 t đ ng

Các tnh th ng xuyên x y ra l quét, s t l đ t nh t g m mi n núi phía B c, mi n Trung, Tây Nguyên và m t s t nh duyên h i

Tính riêng đ t bão l 2014 g n đây, do nh h ng c a hoàn l u bão s 2 và m a

l n đã x y ra các tr n l quét và s t l đ t trên đ a bàn các t nh mi n núi phía B c làm ch t và m t tích 24 ng i

Nh v y, l đ t là m t lo i thiên tai gây thi t h i r t l n v ng i và tài s n, nh

h ng đ n s phát tri n kinh t xã h i c a đ a ph ng Chính ph đã có nhi u gi i pháp xã h i đ phòng ch ng nh : ánh giá, phân vùng và c nh báo nguy c các

đi m có nguy c cao; Tuyên truy n, c nh báo, các đ a ph ng có các bi n pháp phòng ch ng trong tr ng h p có thiên tai x y ra; Di dân các đ a ph ng, vùng có

nh h ng th ng xuyên c a l quét, l đ t, xây d ng h th ng quan tr c, nâng cao

n ng l c d báo s m; Xem xét xây d ng các công trình h t ng b o v , tr ng r ng, các lo i cây ch ng xói, và nhi u gi i pháp khác

Các gi i pháp trên đ phòng tránh thi t h i do nguy c l đ t gây ra Tuy nhiên, các

gi i pháp công trình v n là r t c n thi t đ b o v và h n ch thi t h i v ng i và tài s n D i đây là m t s hình nh v s t l đ t t i Vi t nam (Hình 1.4 đ n Hình 1.7)

T i Hà Giang, do m a l n nhi u ngày và tr n m a đêm ngày 6 r ng sáng 7/7/2013làm s t l đ t v i kh i l ng l n, gây t c đ ng nhi u gi tuy n t nh l

Tân Quang huy n B c Quang – Hoàng Su Phì (Ngu n Vnexpress)

M a kéo dài t t i 21 đ n ngày 22/9/2014 làm cho huy n T ng D ng (Ngh An)

x y ra l l n, nhi u nhà s p đ ho c b cu n trôi Hàng ch c h dân ph i di d i kh n

c p (ngu n Vnexpress)

G n đây nh t, h n 21h đêm 2/8/2015, sau tr n m a l n trong đêm đã x y ra l đ t

xu ng m t gia đình xã C n Nông, huy n Thông Nông (Cao B ng) Làm ch t 3

ng i, 5 ng i b th ng (ngu n Vnexpress)

Nh v y, thông th ng, hi n t ng s t l mái d c x y ra sau các tr n m a có c ng

đ đ l n và th i gian m a kéo dài Nguyên nhân do khi đ t đá b phong hóa, b n thân s c ch u t i c a mái d c c ng đã gi m c ng theo th i gian Khi g p m a,

n c ng m vào mái d c làm t ng tr ng l ng mái và áp l c k r ng, đ ng th i,

kh i đ t b m t bão hòa n c s b gi m c ng đ kháng c t ti m n nguy c gây

s t tr t

C ch phát sinh các m t tr t phá ho i mái d c là do s chênh l ch áp l c do tr ng

l ng b n thân đ t c a mái theo ph ng tr ng l c Khi ng su t c t phát sinh do s chênh l ch áp l c y l n lên và phát tri n trong kh i đ t đ n m t tr s nào đó mà trong kh i đ t, c ng đ ch ng c t c a b n thân đ t không ch u đ c ng su t c t phát sinh thì s m t tr t t i v trí đó xu t hi n và s phá h ng x y ra Các nguyên nhân gây ra m t n đ nh mái d c có th li t kê nh sau:

Quá trình nhân t o làm thay đ i đ d c mái t nhiên

- Do mái d c b phong hóa

- Do các y u t th y v n nh n c m t, n c ng m

- Do đ m thay đ i (ch y u do m a) d n đ n tr ng l ng kh i đ t bên trên t

tr ng thái ch a bão hòa sang bão hòa; đ m t ng d n đ n l c hút chân không gi m

do đó l c dính gi m; đ ng bão hòa dâng cao làm tr ng l ng kh i tr t t ng

- M t đ th m ph th c v t gi m do các ho t đ ng canh tác, ch t phá r ng c a con

ng i

- Do y u t th n m c a đá g c

Hi n t ng l đ t c ng x y ra các công trình h đ p dùng v t li u đ a ph ng Nguyên nhân ch y u do m a, n c th m qua thân đ p làm gi m c ng đ ch u l c

d n đ n hi n t ng s t l mái đ p c th ng l u và h l u

S c s t l mái th ng ho c h l u đ p n u không đ c x lý k p th i s gây v

đ p và h u qu khôn l ng, nh h ng đ n cu c s ng con ng i vùng h du trong

th i gian dài và m t nhi u th i gian đ kh c ph c

D i đây là m t s hình nh hi n t ng s t tr t mái th ng l u ho c h l u đ p

v t li u đ a ph ng

Gia c đ m b o n đ nh mái d c là yêu c u thi t y u trong th c t và th ng g p trong t t c các lo i công trình: xây d ng, giao thông, th y l i và các công trình dân

d ng khác Vi c gia c mái d c thông th ng bao g m các hình th c sau:

1.2.1 Gia c m t ngoài mái d c

Gia c m t ngoài mái d c là bi n pháp t ng kh n ng ch ng tr t m t mái d c b ng cách dùng m t lo i v t li u nào đó b o v m t mái d c, giúp mái d c n đ nh M t

s các bi n pháp và v t li u s d ng nh sau:

- Gia c c ng m t mái d c b ng bê tông, bê tông c t thép đ t i ch ho c l p ghép,

đá xây Ph ng pháp này c n thi t ph i thi t k h th ng tiêu thoát n c trong mái đ gi m áp l c đ y ng c

- Dùng r đá x p đ b o v m t mái d c

- Dùng ph ng pháp Neoweb tr ng c m t mái d c

- Khung bê tông tr ng c

v t li u linh đ ng đ c do có th dùng v t li u đ a ph ng

trên m t mái, qua th i gian s d ng lâu dài s x y ra hi n t ng lún s t, gãy mái do

đ t đá trong thân mái d c b m a ng m, trôi vào các k r ng c a mái

n đ nh, bi n pháp gia c s ng n ng a m a th m mái và xói b m t gây s t l mái

d c

1.2.2 T ng kh n ng n đ nh thân mái d c

đ m b o n đ nh mái d c, m t ph ng pháp th ng g p là x lý thân mái d c

đ t ng c ng đ ch ng tr t Các gi i pháp th ng dùng nh sau:

- Neo đ t k t h p gia c m t mái

- Dùng v i đ a k thu t chia l p đ p mái d c

- T ng h s mái d c

- T ng chi u r ng và s l ng c trên mái

- Khoan ph t v a t ng kh n ng n đ nh c a mái d c

- Dùng c c c , t ng ch n, gia c chân mái d c

- Dùng c c (s t thép, bê tông, khoan nh i ) chèn trên mái d c đ t ng đ n

đ nh thân mái d c

ch a trong quá trình s d ng

l ng x lý đào đ p l n h n và thông th ng giá thành cao h n

M t s hình nh gia c mái d c trong th c t :

Hình 1-9 Gia c m t ngoài mái d c b ng bê tông

Hình 1-11 Gia c m t ngoài mái d c b ng tr ng c

Mái d c trong các công trình Th y l i, Giao thông, Xây d ng thông th ng bao

g m mái đào và mái đ p, tùy theo đi u ki n đ a hình và yêu c u b trí công trình Ngoài các gi i pháp t ng th đã nêu đ phòng tránh thi t h i do l đ t, vi c dùng các bi n pháp công trình đ gia c n đ nh mái d c c ng là m t l a ch n b t bu c

và c n thi t

L a ch n ph ng pháp gia c s tùy theo đi u ki n đ a hình, đ a ch t công trình,

đi u ki n k thu t thi công, v t li u xây d ng, đi u ki n công ngh , tính th m m và

đi u ki n kinh t đ quy t đ nh

Trong nhi u tr ng h p, v i đ a hình m t b ng không b kh ng ch , đ a ch t mái

d c cho phép có th t ng h s mái d c đ đ t đ n đ n đ nh an toàn Tr ng h p

m t b ng không th m r ng do v ng các công trình khác, vi c gia c mái d c

hi n tr ng ho c thi t k mái d c v i m t b ng hi n tr ng c n ph i có các gi i pháp công trình đ th c hi n đi u đó

Trong các gi i pháp gia c mái đã gi i thi u trên, gi i pháp s d ng c c chèn trên mái d c đ c nghiên c u trong lu n v n này có tính kinh t k thu t và đ n gi n trong vi c áp d ng Ph ng pháp này đã đ c áp d ng nhi u trên th gi i và t i m t

s công trình giao thông, th y l i Vi t nam v i hi u qu r t t t

Nh đã nêu trên, s t tr t mái d c là v n đ x y ra th ng xuyên trong qúa trình sinh s ng c a con ng i c ng nh quá trình thi công xây d ng và v n hành công trình ây là lo i thiên tai mang y u t b t ng và có s c tàn phá l n H u qu vi c

s t l mái d c r t nghiêm tr ng, gây thi t h i v tài s n, tính m ng c a con ng i,

nh h ng đ n dân sinh và kinh t xã h i và m t r t nhi u th i gian đ kh c ph c

Th c t đã có r t nhi u bi n pháp công trình ch ng s t tr t mái d c đ c nghiên

c u và áp d ng M i lo i bi n pháp có các u nh c đi m khác nhau, phù h p t ng

đi u ki n c th c a công trình Tuy nhiên, v i các mái d c không th m r ng h

s mái, khó kh n trong vi c áp d ng các bi n pháp gia c thông th ng khác thì

vi c ch n gi i pháp t i u đ t ng n đ nh mái d c v i đi u ki n thi công đ n gi n,

chi phí th c hi n ít là nhu c u b c thi t Vi c “Nghiên c u ph ng pháp thi t k

n đ nh mái d c b ng c c” nh m gi i quy t v n đ đó

Qua Ch ng 1 tác gi đã t ng h p các s c s t l mái d c trên th gi i và Vi t nam T đó cho th y h u qu nghiêm tr ng c a s t l mái d c đ i v i đ i s ng và tính m ng c a con ng i Vi t nam, vi c phòng ch ng nguy c và thi t h i do s t

l mái d c đã đ c Nhà n c quan tâm đ c bi t và đ a vào các ch ng trình hành

đ ng qu c gia

Tác gi c ng đã nêu ra các nguyên nhân chính gây s t l mái d c, trong đó ph n l n các v s t l nghiêm tr ng là do m a l n kéo dài Tác gi c ng đã nêu s b c ch

s t l mái d c khi g p m a và các bi n pháp công trình đ đ m b o an toàn mái d c

c ng nh đi u ki n áp d ng, u nh c đi m c a ph ng pháp gia c đ c nghiên

c u trong lu n v n T các phân tích đó, tác gi đã nêu rõ tính c p thi t c a đ tài

nh m đ nh h ng cho cách ti p c n và ph m vi nghiên c u trong lu n v n

CH NG 2: C S LÝ LU N

M c đ n đ nh c a mái d c đ c đánh giá đ nh l ng qua h s an n đ nh, g i t t

là h s an toàn

Theo s phát tri n c a các ph ng pháp tính, th ng dùng 2 quan đi m h s an toàn n đ nh là h s an toàn chung và h s huy đ ng c ng đ ch ng c t c a đ t đóng vai trò h s an toàn

2.1.1.1 Quan đi m th nh t v i h sô an toàn chung

Quan đi m này đ c Fellenius (1927) ng d ng đ u tiên vào ph ng pháp tính toán n đ nh mái d c Theo quan đi m này, h s an toàn n đ nh K đ c đ nh ngh a nh t s gi a t ng mômen ch ng tr t c a đ t d c theo m t tr t v i

t ng mômen gây tr t do t i tr ng ngoài và tr ng l ng đ t c a kh i l ng đ t

tr t gây nên

(2.1)

Trong đó:

Mct là t ng mômen ch ng tr t l y đ i v i tâm 0, bán kính R c a m t tr t tròn

Mgl là t ng mômen gây tr t do t i tr ng ngoài và tr ng l ng b n thân kh i

đ t tr t

Khi xác đ nh t ng mômen ch ng tr t, coi đ t d c theo m t tr t thái cân

H s an toàn xác đ nh theo bi u th c 2-1, sau khi rút g n R s có:

n n đ t, m c đ tin c y c a các d li u v đ t n n, t m quan tr ng c a công trình,

m c đ tin c y v t i tr ng và t h p t i tr ng v.v và chúng thay đ i theo quy lu t

ng u nhiên Khi tính toán thi t k theo quan đi m th nh t v a nêu m c trên thì

m c đ tin c y c a các lo i d li u tính toán đ c xét g p chung l i trong m t h s

an toàn và n đ nh tr c các giá tr c a chúng trong su t th i gian làm vi c là không tho đáng

Do đó, công th c tính h s an toàn chung trên đ c chuy n sang ph ng pháp

tr ng thái gi i h n b ng cách thêm các h s an toàn c c b đ c xác đ nh b ng con

đ ng xác su t th ng kê nh sau:

(2-6)

Trong đó:

Ntt - L c t ng h p gây tr t tính toán, t c đã xét đ n h s v t t i hay h s tin

c y v t i tr ng, đây là mômen gây tr t

kn - H s tin c y ph thu c c p công trình, thay đ i t 1,10 đ n 1,50

nc - H s t h p t i tr ng, thay đ i t 0,9 đ n 1,0

m - H s đi u ki n làm vi c ph thu c lo i công trình và lo i n n

(2-10)

i v i m t lo i đ t, đ ng Coulomb không đ i do các tr s ϕ’ và c’ không đ i

Hình 2-2 Xác đ nh góc ma sát và l c dính huy đ ng

Vì kh i đ t đ c thi t k tr ng thái cân b ng b n nên trên m t đ n v di n tích có

b t đ ng th c:

(2-11)

di n tích đ n v đang xét là m t m nh c a m t tr t th c (t c tr ng thái cân

b ng gi i h n), ng i ta th ng gi nguyên tr ng thái ng su t (t c gi nguyên tr

Theo đ nh lu t Coulomb, c ng đ ch ng c t c a đ t trên di n tích đ n v tính theo công th c (2.10)

Theo quan đi m này, tr s τ0 tính theo công th c này đ c coi là c ng đ ch ng

v m t tr t th c ng Coulomb (2) trùng v i đ ng Coulomb (1)

N u F > 1 thì đi n tích đ n v đang xét còn tr ng thái cân b ng b n v i h s an toàn F tính theo công th c:

V i τ, σ là hai thành ph n úng su t (ti p và pháp) trên di n tích đ n v n i đang xét

Trên m t tr t gi thi t (t c m t tr t nguy hi m nh t) c ng đ ch ng c t c a đ t

đ c huy đ ng các m c đ khác nhau và th ng xác đ nh tr s trung bình c a các m c đ huy đ ng (F) t i các n i trên m t tr t gi đ nh đ làm h s an toàn n

đ nh c a mái đ t ng v i m t tr t đang xét

Nh v y, theo quan đi m này, h s an toàn đ c đ nh ngh a nh là m t h s mà

v i nó, s c ch u c t c a đ t b gi m đ ch u kh i l ng đ t trong tr ng thái cân b ng

d c theo toàn b m t tr t đã ch n

2.1.1.3 K t lu n v h s n đ nh

Theo đ nh ngh a v h s an toàn c a Fellenius, kh i đ t n n ho c mái đ t đang xét

đ c thi t k s b tr ng thái cân b ng b n t c K > 1 và bài toán a k thu t đ t

ra là xác đ nh m c đ b n, t c tr s c a h s an toàn K l n h n 1 là bao nhiêu Do

v y xác đ nh τ0 theo bi u th c Coulomb ng v i đi u ki n đ t b c t là không ch t

ch v lý thuy t

T các phân tích trên nh n th y quan đi m dùng h s huy đ ng c ng đ ch ng c t

c a đ t làm h s an toàn là có tính lôgíc h n c Hi n nay quan đi m này đã đ c dùng ph bi n khi phân tích n đ nh c a mái đ t

S khác nhau gi a ph ng pháp phân tích gi i h n và ph ng pháp chia d i là

ph ng pháp phân tích gi i h n linh ho t h n và đ c s d ng đ phân tích các đ c tính gi i h n c a t t c các v t li u d o, ch không ch riêng các công trình đ t i

l p v i ph ng pháp phân tích n đ nh kh i tr t b ng cách chia d i, đ c phát tri n đ u tiên b i Fellenius, ph ng pháp phân tích gi i h n ch y u d a trên lý thuy t d o, là m t lý thuy t c h c t ng quát Nhìn chung, ph ng pháp phân tích

gi i h n áp d ng v i các lo i v t li u khác nhau trong đi u ki n t i tr ng ph c t p

i v i tính toán n đ nh mái d c, ph ng pháp này phân tích ng su t, bi n

d ng,và t đó xác đ nh ra m t tr t nguy hi m nh t d a trên s phân b các vect

ng su t đó

Tuy nhiên, ph ng pháp này ph c t p, v i các mái d c nh , ng i ta ít s d ng

đ n Trong ph n này s đ c p đ n ph ng pháp đ c s d ng ph bi n h n trong

tính toán n đ nh mái d c, d a trên lý thuy t cân b ng gi i h n ó là ph ng pháp

phân th i

2.1.2.1 Nguyên lý c b n

Ph ng pháp phân th i, còn g i là phân m nh, đ c Fellenius đ xu t và ng d ng

vào vi c phân tích n đ nh t đ u nh ng th p k 20 n nay, ph ng pháp phân

th i đ c coi nh m t ph ng pháp s r t có hi u qu đ tính toán n đ nh c a mái

d c có th xét đ n tính không đ ng ch t c a đ t và tr s áp l c n c l r ng t i m i

đi m trong kh i đ t

Trong lý thuy t phân th i, kh i đ t tr t đ c phân thành t ng m nh th ng đ ng,

m i m nh đ c g i là m t th i đ c đánh s th t t 1 đ n n tính t đ nh mái

xu ng chân mái ho c ng c l i Nh v y, m i th i có m t bên là nh ng m t c t

đúng tùy ý; các m t bên không ph i là m t tr t nh th i là gi i h n c a kh i đ t

áy th i là m t tr t gi đ nh có góc nghiêng thu n (theo góc d c) và ngh ch (theo

h ng ng c l i)

Hình 2-3 Các l c tác d ng vào m i th i

Tính toán đ n đ nh bao g m b m t tr t c a kh i đ t đ c chia thành các

th i tuân th các gi thi t:

- t đ c xem nh v t li u th a mãn đ nh lu t Mohr-Coulomb

- H s an toàn đ b n c a thành ph n c k t và thành ph n ma sát là nh nhau cho các m t tr t

- H s an toàn là nh nhau cho t t c các m t tr t

2.1.2.2 H ph ng trình c b n c a lý thuy t phân th i

H l c tác d ng vào m t th i đ c trình bày Hình 2-3, trong đó: W là tr ng

l ng th i v i chi u r ng b và chi u cao h

Các th i đ c tách kh i kh i đ t tr t nên v m t c h c, các m t biên đ u

ph i cho l c pháp tuy n và ti p tuy n tác d ng: Et, Ep là l c vuông góc v i m t

bên phía trái và ph i c a th i (các l c t ng tác, ngang gi a các th i); Xt, Xp

là l c ti p tuy n m t bên phía trái và ph i c a th i (các l c t ng tác đúng

gi a các th i)

Các ph n l c: l c pháp tuy n N, l c c t T0 c a đ t đ ng yên d i m t tr t gi

đ nh tác d ng c a đáy th i áy th i là m t m nh c a m t tr t nên hai l c T0

và N ph i th a mãn đi u ki n cân b ng gi i h n Mohr - Coulomb

m t tr ng h p tính toán c th , v lý thuy t, các ngo i l c, k c tr ng

l ng W là xác đ nh đ c, còn l i các đ i l ng ch a xác đ nh đ c ng v i

m i th i theo ph ng pháp tính d n t th i đ nh xu ng th i chân g m các l c:

Ep, Xp, N, T 0 (4 đ i l ng) và tham s xác đ nh đi m c a Ep, N (2 đ i l ng)

Nh v y trong m t bài toán phân tích tính n đ nh theo ph ng pháp phân th i

(ví d có n th i) có s l ng các đ i l ng ch a bi t đ c các đ nh theo B ng 2-l

• Các ph ng trình cân b ng t nh l c h c (xét bài toán ph ng)

- Cân b n g h ì n h chi u t h e o ph ng ngang:

(2-16)

- Cân b ng hình chi u theo ph ng đ ng:

(2-17)

(ho c cân b ng theo hai ph ng b t k không song song)

- Cân b ng mômen quay quanh đi m M b t k :

(2-18)

i u ki n b n Mohr - Coulomb cho quan h gi a N và T0 trên m t tr t

N u đáy th i là m t m nh c a m t tr t th c thì có:

T0 = N’tgϕ’ + c’l (2-19) Trong đó: N’ là l c pháp tuy n hi u qu ; ϕ’, c’ là góc ma sát và l c dính đ n v c a

K c đi u ki n cân b ng gi i h n Mohr- Coulomb cho quan h gi a T0 và N, ng

v i m t tr ng h p tính toán mái d c v i kh i tr t đ c chia thành n m nh, có th

Nh v y theo lý thuy t phân th i, bài toán tính n đ nh mái đ t là bài toán siêu t nh

b c cao (thi u 2n - 2 ph ng trình) Do đó khi gi i bài toán tính h s an toàn theo

ph ng pháp phân th i ph i đ a vào m t s gi thi t đ kh c ph c đi u này T s khác nhau c a các gi thi t đem đ n các ph ng pháp tính khác nhau

gi i bài toán n đ nh c a mái d c, n n đ t theo lý thuy t phân th i là bài toán siêu t nh b c cao, nhi u nhà khoa h c đ ra nhi u cách gi i khác nhau nh nh ng

gi thi t khác nhau nh : B qua l c t ng tác gi a các th i, h ng tác d ng c a l c

t ng tác là ngang ho c xiên không đ i hay thay đ i theo quy lu t nào đó, đi m đ t

c a các l c t ng tác n m trên m t đ ng cong nh t đ nh v.v N i dung m t s ph ng pháp tính n đ nh đ c s d ng r ng rãi hi n nay đ c trình bày trong ph luc 1

Ph ng pháp Ph ng trình cân b ng Các gi thi t

Fellenius (thông d ng) Mômen, l c _L đáy d i E=0, x=0

Bishop đ n gi n Mômen, l c th ng đúng E n m ngang, x=0

Terzaghi Mômen, l c _L đáy d i H ng tác d ng c a các l c

t ng tác E, X // đáy d i Spencer

Mômen, l c th ng

đ ng, l c n m ngang

H ng tác d ng c a các l c

t ng tác E, X không đ i trong toàn kh i tr t

Morgenstern - Price Mômen, l c th ng

2.2 C S LÝ THUY T C A PH NG PHÁP PHÂN TÍCH N NH MÁI D C GIA C B NG C C

v i ph n l c trong phân tích n đ nh Do đó m t s các y u t n đ nh m i bao g m

ph n l c c c đ c s d ng đ xác đ nh các m t tr hi u ch nh và h s an toàn cho mái d c đ c gia c

Cu i cùng, m t quy trình đ c đ xu t đ đ t đ c gi i pháp thi t k t i u t đó

đ a ra đ c h s an toàn mong mu n c a mái d c /h c c

2.2.2 C s lý thuy t c a ph ng pháp

V n đ c a các c c ch đ ng (các c c ch u l c ngang t i đ u c c và chuy n v v phía đ t) đã đ c nghiên c u b i vài tác gi (Poulos 1973; Coyle et al 1983) Trong

t t c các tr ng h p, v n đ c a c c đ n đã đ c gi i quy t, và m t s h s đúng cho hi u ng nhóm c c đã t ng đ c gi i thi u

i v i tr ng h p các c c b đ ng, v n đ ph c t p h n b i vì các l c bên tác

d ng lên đ u c c bây gi ph thu c vào s chuy n v c a đ t, nó n m trong s nh

h ng ng c tr l i c a các c c hi n di n Do đó, gi i pháp cho c c đ n không th

d dàng phù h p cho tr ng h p m t nhóm c c, m c dù m t vài tác gi đã đ xu t các ph ng pháp ti p c n nh v y (Poulos 1973; Viggiani 1981)

Các nhà nghiên c u khác đã xem xét nghiên c u t v n đ c b n c a nhóm (hàng)

c c ho t đ ng Winter et al (1983) đã xem xét gi i bài toán c a v trí các c c trong

hàng, đ a vào tính toán kho ng cách gi a các c c t đi m b t đ u c a s phân tích Tuy nhiên, ph ng pháp đó ch có th đ c s d ng trong tính toán v i mái d c hoàn toàn ch có l c dính qua quá trình tr t

Ito và Matsui (1975) đã t ng đ xu t m t ph ng pháp lý thuy t đ phân tích v c

ch gia t ng c a l c bên tác đ ng đ n s n đ nh c a các c c khi đ t b c ng ép đ nén ch t gi a các c c Ph ng pháp đã đ c phát tri n đ đ c bi t tính toán áp l c

mà nó tác đ ng đ n các c c b đ ng trong m t hàng, và đã đ c ch n dùng trong thi t k các công trình hi n t i Các l c mà s m t kh i l ng phát tri n trên m t hàng c c có th đ c bi u di n b ng m t hàm c a c ng đ đ t, đ ng kính c c, kho ng cách, và v trí c c Gi đ nh r ng m t ph n c a l c đó đang ch ng l i các

l c đi u khi n c a mái d c, h s an toàn c a mái d c sau khi s p x p các c c có

th đ c tính toán nh m t hàm s c a kích th c và v trí c c

Ng i ta gi đ nh r ng các c c đ c đ t trong n n bi n d ng d o có th ng n ch n

s t ng thêm các bi n d ng đàn h i khác thi t k các c c, các l c bên c n ph i

đ c tính toán càng chính xác càng t t Tuy nhiên, các l c này là hàm s c a chuy n v c a kh i tr t Chúng có th bi n đ i t 0, tr ng h p không chuy n v ,

đ n giá tr l n nh t, trong tr ng h p chuy n v l n

Lý thuy t đ c phát tri n b i Ito và Matsui (1975) d tính m t giá tr cho l c ngang

gi a hai c c tr này, gi đ nh r ng không có s s t gi m l c kháng c t nào d c theo

m t tr t đã di n ra do ng su t m m đ c gây ra b i s chuy n v c a kh i tr t

V i lý do đó, ch đ t xung quanh c c đ c gi thi t trong tr ng thái cân b ng đàn

h i, th a mãn đ nh lu t Mor-coulumb Do đó, l c ngang tác d ng lên các c c có th

đ c tính toán không liên quan đ n tr ng thái cân b ng c a mái d c V n d ph ng pháp ti p c n này đ c gi đ nh r ng đ t là m m và có th bi n d ng d o quanh

c c Lý thuy t c a bi n d ng d o đ c d a trên các gi thi t b sung:

b' a' e'

c

c' cọc

cọc

D

D'

x f

F'

hướng biến dạng o

hình 1: nền biến dạng đàn hồi quanh cọc ổn định