Tiểu luận Tính toán công trình ngầm: So sánh mức độ ảnh hưởng của chiều sâu chân tường cừ Larsen và độ cứng thanh chống trong việc giảm chuyển vị ngang khi thi công hố đào sâu

Tiểu luận Tính toán công trình ngầm: So sánh mức độ ảnh hưởng của chiều sâu chân tường cừ Larsen và độ cứng thanh chống trong việc giảm chuyển vị ngang khi thi công hố đào sâu, thi công hố đào sâu, tính toán hố đào sâu, biện pháp khắc phục chuyển vị ngang trong thi công hố đào sâu, các biện pháp thi công móng nhà cao tầng

KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

BỘ MÔN ĐỊA CƠ NỀN MÓNG

VỊ NGANG KHI THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU

GIẢNG VIÊN : TS ĐỖ THANH HẢI HỌC VIÊN : 1 LÊ TRỌNG THẠCH (1670175)

2 NGUYỄN KHÁNH LÂN (1670171)

3 NGUYỄN MINH TRÍ (1670180)

4 NGUYỄN ĐỨC LÂM (1670042)

MỤC LỤC

Phần 1 MỞ ĐẦU 4

1 Tính cấp thiết 4

2 Mục đích nghiên cứu 4

3 Phương pháp nghiên cứu 4

Phần 2 TỔNG QUAN 5

1 Các yếu tố ảnh hưởng chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu 5

2 Các nghiên cứu đã thực hiện 5

Phần 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH HỐ ĐÀO SÂU 19

1 GIỚI THIỆU 19

2 LÝ THUYẾT ÁP LỰC ĐẤT TÁC DỤNG LÊN TƯỜNG CHẮN 19

3 TÍNH ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN 19

2.3.1 Lý thuyết Morh – Rankine 19

2.3.2 Lý thuyết Coulomb 21

4 PHƯƠNG PHÁP TÍNH KẾT CẤU CHẮN GIỮ HỐ ĐÀO (PHƯƠNG PHÁP SACCHIPANA – NHẬT) 25

5 KIỂM TRA ỔN ĐỊNH CỦA TƯỜNG CHẮN 28

a) Kiểm tra ổn định của đất nền dưới bản móng tường chắn 28

b) Kiểm tra ổn định trượt phẳng của tường chắn 29

c) Kiểm tra ổn định lật của tường chắn 30

d) Kiểm tra ổn định trượt sâu của tường chắn 30

6 PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN (FEM) 30

a) Cơ sở lý thuyết của phần mềm Plaxis 31

b) Các mô hình đất nền 31

7 NHẬN XÉT PHẦN 3 39

Phần 4 MÔ PHỎNG HỐ ĐÀO SÂU BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS 41

1 Giới thiệu hố đào: 41

2 Mục tiêu mô phỏng: 42

3 Mô hình hố đào: 42

a) Mô tả địa chất: 42

b) Thông số cừ Larsen FSP-III: Phần tử plate 44

c) Thông số cừ thanh chống H400: 400x400x13x21: Phần tử anchor 45

d) Tải trọng thi công xe đào thể tích gàu 0.7m3 45

e) Mô hình hố đào 47

f) Khai báo các bước thi công: 48

4 Kết quả mô hình: 49

a) Chuyển vị lớn nhất tường cừ: 49

b) Nội lực thanh chống: 52

Phần 5: Nhận xét kết quả và kiến nghị: 53

Phần 1 MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết

 Hiện nay, với chính sách mở cữa, hợp tác với các nước trong khu vực và trên thế giới đã

và đang làm cho ngành xây dựng và các ngành kinh tế khác của Việt Nam có những thay đổi nhanh chóng về chất lượng cũng như về số lượng Nhiều nơi trên đất nước, đặt biệt ở các thành phố lớn như Tp.Hồ Chí Minh, Hà Nội, Đà Nẵng và Hải Phòng, nhà cao tầng đã xuất hiện rất nhanh chóng Nhà cao tầng không chỉ giải quyết vấn đề nhà ở cho lượng dân cư ngày càng đông đúc trong khi quỹ đất ở có hạn và cho công tác thương mại trong khi mà còn làm hài hòa kiến trúc thành phố Hầu hết các công trình cao tầng đều có hạng mục công trình ngầm được đưa sâu vào trong lòng đất Tường vây là một phần không thể thiếu trong công tác xây dựng công trình ngầm nhằm mục đích ổn định

hố đào sâu cũng như tránh các ảnh hưởng tới các công trình lân cận

 Việc ổn định hố đào sâu trong nền đất yếu, đặt biệt tại Tp Hồ Chí Minh càng khó khăn

vì chuyển vị ngang của tường vây tầng hầm trong quá trình thi công thường rất lớn gây mất ổn định cho hố đào Việc tìm kiếm các giải pháp để khắc phục vấn đề này là rất phức tạp vì không ước lượng được chính xác được chuyển vị ngang của tường vây Nguyên nhân không xác định chính xác được chiều sâu chân tường vây cũng như độ

cứng của hệ thanh chống trong hố đào Dựa trên những lý do đó, đề tài “So sánh mức

độ ảnh hưởng của chiều sâu chân tường và độ cứng thanh chống trong việc giảm chuyển vị ngang khi thi công hố đào sâu”

2 Mục đích nghiên cứu

 Đánh giá mức độ ảnh hưởng chiều sâu chân tường cừ Larsen và độ cứng thanh chống đến chuyển vị ngang tường vây trong nền đất yếu cho Hạng mục: Bể xử lý nước thải cho công trình tại Huyện Bình Chánh, Tp.Hồ Chí Minh;

 So sánh ảnh hưởng chiều sâu chân tường cừ Larsen và độ cứng thanh chống đến chuyển

vị ngang đỉnh hố đào

3 Phương pháp nghiên cứu

 Dùng phương pháp giải tích để tính toán áp lực đất tác dụng lên lưng tường theo lý thuyết Coulomb và mối quan hệ giữa áp lực đất - chuyển vị ngang Ngoài ra còn nêu ra ảnh hưởng của độ cứng tường và thanh chống đến độ sâu chân tường;

 Phương pháp mô phỏng: Sử phần mềm PLAXIS 2D để mô phỏng tính toán chuyển vị ngang tường vây bằng phương pháp phần tử hữu hạn, sử dụng phương pháp phân tích không thoát nước với mô hình Hardening Soil cho các lại tường vây với độ cứng khác nhau và chiều dài chân tường khác nhau

Phần 2 TỔNG QUAN

1 Các yếu tố ảnh hưởng chuyển vị ngang của tường vây trong hố đào sâu

(Kung 2009):

1.1 Yếu cố cố hữu:

 Yếu tố địa chất: Tính chất cơ lý của đất nền, mực nước ngầm;

 Tải trọng lân cận: Gây ra áp lực đáng kể lên tường vây

1.2 Yếu cố liên quan đến thiết kế:

 Độ cứng và độ sâu chân tường;

 Hình dạng hố đào;

 Ứng xuất trước trong hệ thanh chống;

 Phương pháp gia cố nền nâng cao khả năng chịu lực và giảm biến dạng đất nền;

 Phương pháp thi công

1.3 Yếu cố liên quan đến thi công:

 Biện pháp thi công: Topdown, Semi Topdown, Bottom up;

 Chiều sâu hố đào;

 Công tác thi công;

 Thời gian thi công;

 Kinh nghiệm thi công

2 Các nghiên cứu đã thực hiện

2.1 Nước ngoài

a) Phương pháp thực nghiệm

 Phương pháp của Peck:

Thiết lập quan hệ độ lún bề mặt nền phụ thuộc vào loại đất và tay nghề lao động như sau:

Hình 1 Độ lún bề mặt hố đào cho các loại đất khác nhau

Áp lực đất biểu kiến bán thực nghiệm phát triển bỡi Terzaghi và Peck (1967) để dự đoán áp lực lớn nhất trong thanh chống có thể sảy ra trong hố đào có giắng chống như sau:

Hình 2 Biểu đồ áp lực đất biểu kiến được đề xuất bỡi Terzaghi và Peck (1967)

 Theo Mana và Clough:

Trong các nghiên cứu của Mana và Clough (1981) Chuyển vị ngang lớn nhất và hệ số

an toàn đẩy trồi đáy hố đào như sau:

Hình 3 Quan hệ giữa chuyển vị ngang lớn nhất và hệ số an toàn đẩy trồi đáy hố đào

Hệ số an toàn đẩy trồi đáy theo Tezaghi (1943) như sau:

Hình 4 Hình dạng hố đào và thông số cường đất cho hệ số an toàn

 Phương pháp của Clough và các cộng sự:

Clough và các cộng sự (1989) đề xuất một quy trình bán thực nghiệm để ước lượng chuyển vị khi đào trong đất sét ứng với chuyển vị ngang lớn nhất của tường (hm), hệ số

an toàn (FS) và độ cứng hệ chống () như sau:

 Dữ liệu của Long:

Long (2001) phân tích chuyển vị đối với đất cứng và sét mềm dựa trên 296 trường hợp như sau:

 Đối với đất rời, sét cứng Chuyển vị tường không phụ thuộc độ cứng tường, hệ chống cũng như loại chống:

hm/ H = (0.05 ÷ 0.25) %

vm/H = (0 ÷ 0,2) %

 Đối với sét mềm có hệ số ổn định đáy thấp, chuyển vị ngang lớn nhất:

hm/ H = 3,2 %

 Dữ liệu của Moormann:

Moormann (2004) đã thực hiện một nghiên cứu với 530 trường hợp tường chắn và chuyển vị của đất khi đào trong đất sét mềm (Cu < 75 kPa) Tác giả đưa ra chuyển vị ngang lớn nhất (hm) từ 0.5 %H đến 1.0 %H, trung bình là 0.87 %H Vị trí chuyển vị ngang lớn nhất từ 0.5 H đến 1.0 H dưới mặt đất

Chuyển vị đứng bề mặt đất nền phía sau tường chắn (vm) từ 0.1%H đến 10 %H, trung bình là 1.1 %H Độ lún lớn nhất tại khoảng cách nhỏ hơn 0.5%H phía sau lưng tường Chuyển vị ngang lớn nhất theo độ sâu theo Moormann (2004) như sau:

Hình 6 Chuyển vị ngang lớn nhất theo độ sâu theo Moormann (2004)

Hình 7 Chuyển vị ngang lớn nhất theo độ sâu được chuẩn hóa với độ cứng hệ chống theo

Moormann (2004) b) Phương pháp số

 Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM): Trong FEM, đất nền được chia thành nhiều phần

tử nhỏ, các phần tử nhỏ này được kết nối với nhau tại các điểm định trước trên biên phần tử nhỏ (gọi là nút), tại mỗi nút được xác định bằng các hàm xấp xỉ, các giá trị này được gọi là bậc tự do của mỗi phần tử và được xem là các ẩn số cần tìm của bài toán;

 Với sự phát triển phần mềm Plaxis được bắt đầu từ 1987 tại Đại học công nghệ Delff –

Hà Lan Phiên bản Plaxis V.1 ban đầu được thành lập nhằm mục đích phân tích các bài toán ổn định đê biển và đê sông tại các vùng bờ biển thấp tại Hà Lan Đến năm 1993 Công ty Plaxis BV được thành lập và từ năm 1998, các phần mềm Plaxis đều được xây dựng theo phần tử hữu hạn Phần mềm Plaxis được trang bị các tính năng đặc biệt để giải quyết một số khía cạnh của các kết cấu địa kỹ thuật phức tạp Chương trình này dùng để tính toán các bài toán về mái dốc, hố đào, hầm (tunnel), đường hầm giao thông, đường hào kỹ thuật (collector), đường tàu điện ngầm và các dạng công trình ngầm khác Không có phương pháp thiết kế tiêu chuẩn nào để ước lượng chuyển vị của đất gây ra

do đào sâu Phương pháp hiệu quả đào hiện hữu được dựa trên qua sát thực nghiệm hay

mô phỏng số Bỡi vì tính phức tạp vốn có trong các giai đoạn đào, phương pháp kinh nghiệm không thể dự đoán một cách tốt nhất chuyển vị chính xác của đất Ảnh hưởng của các yếu tố riêng lẻ không thể tách biệt từ dữ liệu thực nghiệm do số lượng hữu hạn

hố đào và điều kiện thi công tương tự Mặc dù nhiều giải pháp số hiện hữu có xu hướng thiết kế đặt biệt và không có sẵn cho thiết kế tổng quát, phương pháp số vẫn mô tả lộ trình có thể làm được để hiểu đào sâu bao gồm chuyển vị của đất Tuy nhiên lựa chọn

mô hình cơ bản thích hợp và các thông số mô hình vẫn là câu hỏi rất quan trọng cho kỹ

sư địa kỹ thuật Một vài vấn đề nghiên cứu đất được giới thiệu như sau:

 Addenbrooke và cộng sự (2000) thực hiện 30 phân tích hữu hạn phi tuyến trong hố đào sét cứng không thoát nước Một thông số chuyển vị uốn mới (EI/h5) trong thiết

kế tường chắn nhiều tầng chống được giới thiệu với sự mở rộng hệ số uốn của Rowe (Rowe, 1952) Ảnh hưởng của trạng thái ứng xuất ban đầu khác nhau và giá trị thay đổi độ cứng thanh chống cho sự chống đỡ bên trong khi đào được đề cập Kết quả chứng minh rằng trạng thái ứng xuất ban đầu, độ cứng thanh chống, hệ thống chống giữ với cùng một hệ số chuyển vị uốn tăng đến cùng chuyển vị ngang lớn nhất và cùng chuyển vị bề mặt đất nền trong điều kiện đào không thoát nước trong sét cứng

 Wong, Broms (1989) và Goh (1994) sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn mô tả ảnh hưởng hình dạng đào (Chiều rộng, chiều dài, chiều sâu đào) của tầng đất cứng,

độ cứng tường đến chuyển vị tường vây;

 Whittle và Hashash (2002) đưa ra giải thích chi tiết lộ trình ứng xuất từ phần tử hữu hạn phi tuyến, làm rõ quá trình phát triển áp lực ngang của đất tác dụng lên tường vây có giằng chống khi đào sâu trong đất sét;

 Theo như nghiên cứu của Teparaksa W (Chulalongkhon University, Bangkok

Thailand) và các cộng sự với đề tài “Prediction and Performances of Short Embeded Cast In-situ Diaphragm Wall for Deep Excavation in Bangkok Subsoil” Tác giả mô phỏng toàn bộ quá trình thi công bằng phương pháp FEM để dự đoàn chuyển vị tường chắn và so sánh với kết quả quan trắc thực tế

Các đặc điểm địa chất khu vực nghiên cứu:

Hình 8 Đặc điểm địa chất khu vực thi công

Khối lượng riêng và sức chống cắt không thoát nước:

Mặt bằng bố trí cọc như sau:

Hình 9 Mặt bằng bố trí cọc khu vực thi công

Tường chắn và cọc khoan nhồi được thi công song song, tường chắn dày 0,8 m được ngàm vào lớp đất sét cứng có độ sâu mũi là 18 m, chiều sâu hố đào lớn nhất là 15,8m, công trình sử dụng 4 hệ thanh chống tạm có kích tải Trình tự thi công tầng hầm công tầng hầm công trình được thực hiện như sau:

Hình 10 Trình tự thi công đào đất và lắp đặt hệ chống

Hệ thanh chống gồm các thành giằng ngang theo biên tường chắn, thanh chống dọc,

thanh chống ngang Khoảng cách giữa các thanh chống là 6,4 m- 6,8 m;

Đặc trưng hệ thanh chống:

Khi tiến hành đào sâu ở giai đoạn 1, chiều sâu đào 3,2 m, chuyển vị ngang lớn nhất đo

được 55 mm – 70 mm Sau khi lắp đặt hệ chống và kích tải, chuyển vị tường chắn chỉ

tăng từ 2 mm – 4 mm ở các giai đoạn đào đất tiếp theo Kích tải từ hệ thanh chống tầng

thứ nhất đến thứ tư lần lượt là 40 T/m, 75 T/m, 75 T/m và 40 T/m, tương ứng 20 % -

25 % tải trọng thiết kế;

Hình 11 Chuyển vị ngang của tường chắn tại ống Inclinometer I-1 và I-2

Hình 12 Chuyển vị ngang của tường chắn tại ống Inclinometer I-3 và I-4

Kết quả quan trắc cho thấy chiều sâu đào đất và tầng thanh chống đào đất đầu tiên ảnh hưởng rất lớn đến biến dạng của tường chắn Đồng thời qua nghiên cứu tác giả cũng kết luận việc kích tải trước cho hệ thanh chống là rất hữu hiệu đối với việc giảm chuyển vị ngang của tường chắn

 Abdol Hagh (Weidling Associate Inc Cambridge, MA) và các đồng nghiệp với đề tài

“Support of Deep Excavation in Soft Clay: A Case History Study” nghiên cứu về quá trình thi công tòa nhà Manua Life Building (South Boston)

Địa chất vị trí nghiên cứu:

Tường chắn cắm vào lớp đất sét mềm từ 3,5 m – 6,0 m, chiều sâu đào lớn nhất là 13,5 m, sử dụng 2 tầng chống để chịu áp lực ngang tường chắn đất trong quá trình thi công;

Mặt bằng hố đào:

Hình 13 Mặt bằng bố trí hệ thanh chống hố đào

Hình 14 Cao độ chống đỡ 2 tầng chống

Hình 15 Mặt cắt ngang điển hình quá trình thi công đào đất và lắp đặt hệ chống

Giai đoạn 1 là đạo đất đến cao độ 4,25 m, sau đó lắp đặt tầng chống 1 Tiếp theo đào đến cao độ 9,75 m, lắp đặt tầng chống 2 và kích tải Sau cùng đào đến cao độ thiết kế

và thi công móng bè;

Chuyển vị ngang tường chắn như sau:

Hình 16 Chuyển vị ngang tường chắn dự đoán và kết quả quan trắc Dựa vào kết quả quan trắc so với mô phỏng tính toán, chuyển vị tường chắn gần giống kết quả quan trắc Vì vậy tác giả nhấn mạnh rằng độ cứng hệ chống đỡ có tác dụng vô cùng quan trọng đến sự giảm chuyển vị ngang của tường chắn

2.2 Trong nước

 PGS.TS Châu Ngọc Ẩn – Một số điểm lưu ý khi thiết kế ổn định và thi công phần tầng hầm Tác giả của bài báo nhận định rằng bài toán ổn định gồm 3 vấn đề: Ổn định tường chắn – hệ chống đỡ (Hệ thanh chống hoặc neo), lún xung quanh hố đào và ổn định đáy

hố đào Phương pháp tính hoặc theo cơ học đất phổ thông hoặc theo cơ học đất tới hạn với các chương tình tính tự động Nội dung tính toán ổn định của tường-hệ chống đảm bảo cân bằng mô men, cân bằng lực ngang, cân bằng lực đứng hệ thống và không có hiện tượng vượt ứng suất cục bộ Ổn định được tính với các đặc trưng chống căt – biến dạng của đất nền ở 2 giai đoạn: Giai đoạn tức thời với các thông số như Cu  0 φu = 0,

Eu và giai đoạn lâu dài ứng với các thông số như C’ = 0, φ’  0, E’;

 PGS.TS Nguyễn Bá Kế - Bài học từ sự cố sập đổ Viện Khoa học Xã hội Khu vực Tp.Hồ Chí Minh (Sự cố do lỗ hổng tường vây tại tào nhà Pacific – Công trình nằm trong khu vực có địa chất là lớp cát dày và có biện pháp thi công tương tự) Tác giả phân tích phân tích và ổn định tường vây bằng phương pháp phần tử hữu hạn dưới sự hỗ trợ Phần mềm Plaxis 2D Kết quả kiểm tra cho thấy:

 Mô men trong tường lớn nhất 241 T.m/m nhỏ hơn 318,67 T.m/m dùng để tính toán thép cho tường vây trong thiết kế;

 Tổng chuyển vị tường là 0,6 m, trong khi chưa xây dựng các công trình bên trên, đo

đó chuyển bị này là do trồi đáy hố đào;

 Chuyển vị ngang tường là 0,20 m, là quá lớn

 PGS.TS Nguyễn Minh Tâm – Nghiên cứu phương pháp tính áp lực đất phù hợp cho tường vây hố đào sâu cho công trình Vietcombank Tower, tại quận 1, Tp.Hồ Chí Minh Công trình nằm trong khu vực địa chất, lớp cát dày tại quận 1, Tp.Hồ Chí Minh Tác giả nghiên cứu tổng quan các phương pháp giải tích và phần tử hữu hạn (có sự hỗ trợ phần mềm Plaxis) xác định áp lực đất lên tường chắn cũng như mô hình phù hợp trong Plaxis Kết quả cho thấy kết qua lớp đất mô phỏng bằng các mô hình Hardening Soil và Morh-Coulomb, kết quả cho thấy biểu đồ chuyển vị theo chiều sâu khá phù hợp với kết quả quan trắc thực tế Tuy nhiên chuyển vị ngang theo mô hình Hardening Soil và Morh-Coulomb lớn hơn lần lượt từ 1,1 đến 2,0 lần và từ 2,0 đến 6,0 lần kết quả quan trắc;

Tác giải cũng kết luận rằng phương pháp tính toán áp lực đất của Stanislav có xét tới ảnh hưởng của hoạt tải ở mặt đáy hố đào do quá trình tho công gây ra cho kết quả chính xác hơn các phương pháp giải tích khác khi so sánh với kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis

 Ths.Trần Quang Hộ - Giải pháp nền móng cho nhà cao tầng Tác giả đã so sánh kết quả phân tích chuyển vị tường vây bằng phương pháp hữu hạn theo 3 mô hình khác nhau như Mohr-Coulomb, Hyperbol Duncan, Modified-Camclay Kết quả chuyển vị ngang theo mô hình MC như Hình 8, tương thích với kết quả quan trắc, việc dự báo kết quả chuyển vị ở giai đoạn sau cũng chính xác hơn giai đoạn đầu Theo tác giả, do mô hình

MC được xây dựng trên cơ sở phá hoại trượt nên tính toán tốt ở giai đoạn cuối Ở giai đoạn thi công ban đầu, trạng thái đất còn xa trạng thái chủ động mà mô hình MC dựa trên cơ sở đàn hồi tuyến tính cho nên không mô phỏng được tính phi tuyến trong thực tế của đất

Hình 17 So sánh kết quả phân tích chuyển vị trường vây bằng phần tử hữu hạn theo

3 mô hình khác nhau (Mohr-Coulomb, Hyperbol Duncan) Kết quả tính toán theo mô hình Duncan tương tự như mô hình MC vì cả 2 mô hình đều dựa theo tiêu chuẩn phá hoại của Mohr-Coulomb Cả 2 mô hình dự báo ở giai đoạn cuối của quá trình thi công là giống nhau Vì mô hình Duncan có mô đun đàn hồi và mô đun khối phụ thuộc vào ứng suất, cho nên các mô đun có độ lớn tăng theo độ sâu, trong khi

mô hình MC có mô đun là hằng số Ngoài ra mô hình Duncan có xét đến tính phi tuyến của đất trước khi phá hoại cho nên giai đoạn đầu giai đoạn đầu mô hình này phán đoán chuyển vị ngang tốt hơn mô hình MC

Phần 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH HỐ ĐÀO SÂU

1 GIỚI THIỆU

Lý thuyết tính toán và kiểm tra ổn định hố móng đào sâu gồm các phần chính sau:

- Lý thuyết tính toán áp lực đất tác dụng lên kết cấu chắn giữ hố đào

- Phương pháp tính toán kết cấu chắn giữ của hố đào sâu

- Phương pháp kiểm tra ổn định hố đào sâu

- Sử dụng phương pháp PTHH thông qua việc ứng dụng phần mềm Plaxis mô phỏng vào tính toán, kiểm tra ổn định hố đào

2 LÝ THUYẾT ÁP LỰC ĐẤT TÁC DỤNG LÊN TƯỜNG CHẮN

Độ lớn và quy luật phân bố của áp lực đất có liên quan đến hướng và độ lớn của chuyển vị ngang của kết cấu chắn giữ, tính chất của đất, độ cứng và cao độ của vật kết cấu chắn giữ, tuy nhiên nhằm đơn giản hóa trong quá trình tính toán (và vẫn đảm bảo tính sai số cho phép) hiện nay vẫn dùng một số lý thuyết cơ bản với những hiệu chỉnh bằng các hệ số thực nghiệm, điểm hình như: lý thuyết Morh – Rankine, lý thuyết Coulomb, lý thuyết cân bằng giới hạn điểm của Sokolovski

Chúng ta sử dụng các lý thuyết trên để phân tích và tính toán áp lực đất tác dụng lên kết cấu chắn giữ Cụ thể, dùng để tính toán các loại áp lực đất: áp lực đất tĩnh, áp lực đất chủ động, áp lực đất bị động

3 TÍNH ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN

Áp lực đất tác dụng lên tường chắn dùng để chắn giữ hố đào sâu được tính toán dựa trên các lý thuyết sau:

2.3.1 Lý thuyết Morh – Rankine

Lý thuyết Morh – Rankine dùng để tính áp lực đất lên tường chắn dựa trên các giả thuyết sau:

- Giữ đất và tường chắn không có ma sát

- Sự hiện diện của tường không ảnh hưởng đến sức chống cắt của đất

- Ở tại độ sâu z bất kì, áp lực phân bố song song với mặt đất

2.3.1.1 Áp lực đất chủ động

Hình 3.1 – Cân bằng Morh – Rankine (chủ động)

Ở trạng thái cân bằng giới hạn dẻo ta có:

1 3

1 3

2 sin

2 cot cot

Hình 3.2 – Cân bằng Morh – Rankine (bị động)

p K p z c K p

    (2.6) Với:

- Bài toán về tường chắn xem như 1 bài toán phẳng, khi tính toán được tách ra từng đoạn dài 1m để tính toán

- Lăng thể trượt ABC ở trạng thái cân bằng giới hạn dẻo còn nguyên một khối

- Lực dính được phân bố đều trên BC

2.3.2.1 Áp lực đất bị động

Xem tường là tuyệt đối cứng, đất sau lung tường là đất rời, đồng nhất, tường bị trượt theo mặt phẳng BC và AB, lăng thể trượt ABC ở trạng thái cân bằng giới hạn

Hình 3.3 – Tính toán áp lực đất chủ động theo Coulomb

Khi khối ABC ở trạng thái cân bằng giới hạn, ta có:

       (2.7) Suy ra:

sin sin 180

E - Hợp lực của tường chắn đất tác dụng lên khối đất

R – Phản lực của khối đất bên ngoài tác dụng lên lăng thể trượt theo mặt phẳng BC

- Góc ma sát trong của đất

- Góc nghiêng của lung tường so với phương thẳng đứng

- Góc ma sát giữ tường và đất

- Góc hợp bởi mặt trượt BC và phương ngang

- Theo phương pháp trực tiếp

sin sin 180

Áp lực đất chủ động đạt giá trị đỉnh khi mặt trượt là mặt nguy hiểm nhất   t

Với

2 t

E  K  H (2.11) Công thức tổng quát cho hệ số áp lực chủ động K :a

áp lực đất bị động phải chia cho hệ số an toàn K = (1.4 – 2.0)

4 PHƯƠNG PHÁP TÍNH KẾT CẤU CHẮN GIỮ HỐ ĐÀO (PHƯƠNG PHÁP SACCHIPANA – NHẬT)

Là phương pháp tính toán khi xem lực trục thanh chống, Moment thân tường bất biến, lấy một số hiện tượng thực đo làm căn cứ, chẳng hạn:

- Sau khi đặt tầng chống dưới, lực trục của tầng chống trên hầu như không đổi hoặc chỉ biến đổi chút ít

- Chuyển dịch của thân tường từ điểm chống dưới trở lên, phần lớn đã xảy ra trước khi

- Moment uốn của thân tường từ điểm chống dưới trở lên, phần lớn trị số của nó là phần còn dư lại từ trước khi lắp đặt tầng chống dưới

Căn cứ vào các hiện tượng thực đo này, Sachipana đưa ra phương pháp tính lực trục thanh chống và Moment thân tường không biến đổi theo quá trình đào đất, những giả định

cơ bản là:

- Trong đất có tính dính, thân tường xem là đàn hồi vô hạn

- Áp lực đất thân tường từ mặt đào trở lên phân bố theo hình tam giác, từ mặt đào trở xuống phân bố theo hình chữ nhật (đã triệt tiêu áp lực đất tĩnh ở bên dưới phía đào đất)

- Phản lực chống hướng ngang của đất bên dưới mặt đào chia làm 2 vùng: vùng dẻo đạt tới áp lực đất bị động có độ cao là 1 và vùng đàn hồi có quan hệ đường thẳng với biến dạng của thân tường

- Sau khi lắp đặt chống sẽ xem là điểm chống bất động

- Sau khi lắp đặt tầng chống dưới thì xem trị số lực trục của tầng chống trên duy trì không đổi, còn thân tường từ tầng chống dưới trở lên vẫn duy trì ở vị trí cũ

Hình 3.4 – Sơ đồ tính toán chính xác lực trong thanh chống theo Sachipana

Như vậy có thể chia mặt cắt ngang làm 3 vùng, tức là vùng từ hang chống thứ k cho đến mặt đào, vùng dẻo và vùng đàn hồi từ mặt đào trở xuống, lập phương trình vi phân đàn

hồi Căn cứ vào điều kiện biên và điều kiện liên tục ta có thể tìm được công thức tính lực trục Nk của tầng chống thứ k, cũng như công thức nội lực và chuyển vị của nó Do công thức có chứa hàm số bậc 5 của ẩn số nên phép tính khá phức tạp

Trên đây là khái niệm về giải chính xác theo phương pháp Sachipana Để có thể đơn giản việc tính toán, Sachipana đã đưa ra phương pháp giải gần đúng với các giả định cơ bản sau:

- Trong tầng đất sét, thân tường xem là thể đàn hồi dài hữu hạn đầu dưới đáy tự do

- Áp lực đất thân tường từ mặt đào trở lên phân bố theo hình tam giác, từ mặt đào trở xuống phân bố theo hình chữ nhật

- Phản lực chống hướng ngang của đất lấy bằng áp lực đất bị động, trong đó     x 

là trị số áp lực bị động sau khi trừ đi áp lực đất tĩnh  x

- Sau khi lắp đặt chống sẽ xem là điểm bất động

- Sau khi lắp đặt tầng chống dưới thì xem trị số lực trục của tầng chống trên duy trì không đổi, còn thân tường từ tầng chống dưới trở lên vẫn duy trì ở vị trí cũ

- Điểm Moment uốn thân tường bên dưới mặt đào M = 0 xem là một khớp, và bỏ qua lực cắt trên thân tường từ khớp ấy trở xuống