chapter 7 (bill do) (dam tren nen dan hoi)

CHƯƠNG 7 PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG-PHƯƠNG PHÁP DẦM TRÊN NỀN ĐÀN HỒI 7.1 Giới thiệu Trong điều kiện đào sâu thông thường, ứng suất và biến dạng của tường hay sụt lún của mặt đất đ

CHƯƠNG 7 PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG-PHƯƠNG

PHÁP DẦM TRÊN NỀN ĐÀN HỒI

7.1 Giới thiệu

Trong điều kiện đào sâu thông thường, ứng suất và biến dạng của tường hay sụt lún của mặt đất đều liên quan tới các lực bất cân bằng tác dụng lên tường, độ cứng của hệ thống tường-chống, ổn định của hố đào, và các yếu tố khác Các lực bất cân bằng lại có liên quan tới điều kiện địa chất, mực nước ngầm, áp lực nước lỗ rỗng, chiều rộng hố đào, chiều sâu đào, diện tích đào, v.v Để phân tích biến dạng do đào sâu gây ra bằng phương pháp số, phương pháp phân tích này phải mô phỏng được tất cả các yếu tố cơ bản trên Phương pháp phần tử hữu hạn và phương pháp dầm trên nền đàn hồi là hai phương pháp

số phổ biến nhất Các lý thuyết vận dụng trong phương pháp phần tử hữu hạn khá phức tạp và một số còn chưa được phát triển đầy đủ Phân tích phần tử hữu hạn thường mất khá nhiều thời gian trước và sau khi tiến hành phân tích, thời gian tính toán, và các nhà phân tích phải được trang bị đầy đủ kiến thức về địa kỹ thuật cũng như kinh nghiệm Do vậy, phương pháp này không được chấp nhận rộng rãi trong phân tích và thiết kế hố đào Mặt khác, phương pháp dầm trên nền đàn hồi đơn giản hơn trong việc mô hình Với các thông số đầu vào ít, phương pháp này không tốn thời gian để tiến hành và do đó được các

kĩ sư dễ dàng chấp nhận Tuy vậy, sự đơn giản của phương pháp dầm trên nền đàn hồi cần phải biến đổi hợp lý khi gặp các tình huống hố đào phức tạp để tránh mắc sai sót tính toán

Các mục 7.2 và 7.3 sẽ trình bày những nguyên tắc và công thức của phương pháp dầm trên nền đàn hồi Với các sinh viên và kĩ sư thiết kế hố đào, các mục này có thể bỏ qua Với các sinh viên tốt nghiệp dự định nghiên cứu sâu hơn về phương pháp dầm trên nền

Hiện tại, có rất nhiều phần mềm tính toán sử dụng phương pháp dầm trên nền đàn hồi trong phân tích hố đào Một số chúng không dựa trên lý thuyết cơ học đất và hướng dẫn

sử dụng không trình bày rõ ràng các lý thuyết sử dụng nên gây ra nhiều khó khăn Cuối chương này sẽ trình bày việc áp dụng phần mềm tính toán và đề xuất các phương pháp kiểm tra các lý thuyết cơ bản mà phần mềm tính toán hay áp dụng để có phân tích chính xác hơn Người đọc cần tự mình sử dụng các phần mềm tính toán để hiểu hơn nội dung của chương này

Như biện giải trong chương 6, phân tích ứng suất hoàn thiện cho thiết kế kết cấu hố đào sẽ gồm phân tích ứng suất chi tiết của các phần tử kết cấu như giằng đầu, giằng góc, thanh đệm (hình 3.3), trụ chống trung tâm, v.v Những phân tích này sẽ được trình bày trong chương 10

7.2 Các nguyên tắc cơ bản

Trong kĩ thuật nền móng, tương tác đất-kết cấu thường được mô phỏng bằng lò xo trong phân tích đơn giản Trong đó, mô hình Winkler (Winkler, 1867) được áp dụng nhiều nhất Như trình bày trong hình 7.1, giả sử cơ bản của mô hình Winkler là: giả sử rằng móng

là phần tử kết cấu có độ cứng và đất là nền đàn hồi, tương tác giữa móng và đất có thể được mô phỏng bằng 1 loạt các lò xo đơn Độ cứng lò xo là tỷ số giữa ứng suất (p) và chuyển vị (𝛿) như sau:

𝑘𝑠 = 𝑝𝛿 (7.1)

Trong đó, ks là hệ số phản lực nền, mô đun phản lực nền hoặc độ cứng lò xo, đơn vị (lực)

× (kích thước)-3 Ưu điểm của mô hình Winkler là sự đơn giản vì nó giả sử các phần tử ứng xử hoàn toàn riêng biệt nhau mà không có tương tác

Hình 7.1 Mô hình Winkler

Như thể hiện trong hình 7.2a, phân tích dầm trên nền đàn hồi cho hố đào giả sử tường chắn là dầm trên nền đàn hồi được mô phỏng bằng các lò xo và áp lực đất lên tường trước khi đào là áp lực đất tĩnh (ở trạng thái K0) (hình 7.2b)

Sau khi công tác đào được khởi động, việc dỡ tải do đào sẽ tạo ra lực bất cân bằng giữa 2 bên tường và làm tường chuyển vị Độ lớn của lực bất cân bằng sẽ khác với trường hợp áp lực đất tĩnh ở 2 bên tường khi tường không chuyển vị như đánh dấu bằng 𝑝01 và

Bề mặt đào

(b)

(d)(c)

Mặt đất tự nhiên

Bề mặt đào

Vùng chảy dẻoVùng đàn hồi

Áp lực đất tĩnh

Áp lực đất tĩnh tính từ mặt đất tự nhiên

Hình 7.3 giới thiệu mô hình khác của dầm trên nền đàn hồi Trong hình 7.3a, áp lực đất tác dụng lên lưng tường được giả sử là áp lực đất chủ động và sự chống chịu bên trong

hố đào được mô phỏng bằng các lò xo đất Ở mỗi giai đoạn đào, áp lực đất chủ động phía sau tường cần phải cân bằng với lực chống và lực lò xo bên trong Độ lớn của lực lò xo lấy bằng hệ số phản lực nền kh nhân với chuyển vị tại vị trí đó Nếu đất chịu lực nén nhỏ hơn áp lực đất chủ động, đất sẽ ở trạng thái đàn hồi Khi chuyển vị tường đủ lớn để hình thành áp lực đất bị động bên trong lò xo đất, phản lực nền ở bên bị động sẽ ngừng tăng

và duy trì bằng áp lực đất bị động, còn gọi là trạng thái dẻo của đất (hình 7.3b)

Để kể tới ảnh hưởng của chiều rộng hố đào trong phân tích, áp lực đất chủ động dưới đáy hố đào được giả sử là hội tụ theo chiều sâu tới khi điểm áp lực hội tụ bằng 0 (Miyoshi, 1977) Theo lý thuyết áp lực Boussinesq, lực dỡ tải (do đào đất) có ảnh hưởng lên mặt phẳng thẳng đứng của tường tới chiều sâu bằng chiều rộng hố đào Do đó, chiều sâu điểm hội tụ có thể giả sử ở dưới đáy hố đào 1 khoảng bằng chiều rộng hố đào khi không có tầng đất cứng Do đó, phản lực bị động bằng áp lực đất bị động trừ áp lực đất, p0 (hình 7.3b)

Vùng chảy dẻo

Vùng đàn hồi

(b) (a)

Lò xo tương

đương (đất) Chiều sâu hội tụ

Hình 7.3 Mô hình khác của phương pháp dầm trên nền đàn hồi: (a) lò xo đặt ở trước dầm liên tục và (b) phân bố của áp lực đất

7.3 Công thức

Mặc dù phương pháp dầm trên nền đàn hồi có thể tiến hành được bằng tính tay, với sự phát triển của máy tính hiện đại, hầu hết các phương pháp phân tích đều được lập trình trong chương trình máy tính, một số chúng đã trở thành phần mềm thương mại Tuy nhiên, các lý thuyết về dầm trên nền đàn hồi vẫn chưa hoàn thiện và nguyên tắc phân tích của các phầm mềm máy tính cũng vậy Phương pháp này vẫn cần phải cải thiện nhiều Mục này sẽ trình bày quá trình tính toán của phương pháp Phần sử dụng nguyên tắc của phương pháp phần tử hữu hạn để trình bày cho phương pháp dầm trên nền đàn hồi có thể

muốn khám phá nội dung của phương pháp dầm trên nền đàn hồi hoặc phát triển các phầm mềm máy tính liên quan có thể tham khảo chương 8 bên cạnh mục này

Dựa theo khái niệm của phương pháp phần tử hữu hạn, tường chắn được mô phỏng

là dầm liên tục với bề dày đơn vị và được phân mảnh thành nhiều phần tử dầm khác nhau Mỗi phần tử dầm có thể được phân loại thành các phần tử dầm cơ bản và dầm trên nền đàn hồi tùy theo sự có mặt của lò xo đất Ma trận độ cứng được xác định như sau:

1 Phần tử dầm cơ bản: là phần tử dầm không có lò xo đất Như trình bày trong hình 7.4, phần tử dầm có 4 bậc tự do Giả sử chuyển vị ở điểm bất kỳ của dầm theo phương y

Công thức trên có thể chuyển sang dạng ma trận 𝑣 = [𝑓] [𝑞] với [𝑓] là hàm chuyển

vị Dựa trên nguyên tắc công khả dĩ (xem mục 8.2), ta có thể suy ra ma trận độ cứng của phần tử dầm là:

−12𝐸𝐼/𝑙3 6𝐸𝐼/𝑙2

−6𝐸𝐼/𝑙2 2𝐸𝐼/𝑙

12𝐸𝐼/𝑙3 6𝐸𝐼/𝑙26𝐸𝐼/𝑙2 4𝐸𝐼/𝑙 ]

x

v k

ii Dưới tác dụng của việc gia tải trước lên thanh chống, tất cả các phần tử dầm trên tường sẽ được xem là phần tử dầm trên nền đàn hồi như minh họa trong hình 7.6

Gia tải trước tại

Hình 7.6 Tường dưới tác dụng của ứng lực trước trong thanh chống làm việc như dầm trên nền đàn hồi

Hàm chuyển vị của phần tử dầm trên nền đàn hồi tương tự của phần tử dầm cơ bản Giá trị kh là hệ số phản lực nền ngang Theo nguyên tắc công khả dĩ, ta có thể xác định được nội năng biến dạng là:

Với phần tử dầm trên nền đàn hồi có chiều dài l, [𝐾𝑟] sẽ là:

22𝑙 4𝑙2

] (7.12)

Ma trận độ cứng của phần tử dầm trên nền đàn hồi là tổ hợp các ma trận độ cứng của

lò xo đất và dầm và được biểu thị như sau:

[𝐾𝑒] = [𝐾𝑏] + [𝐾𝑟] (7.13) [𝐾𝑒] =

Ngoại lực tác dụng lên phần tử dầm cần chuyển thành lực tác dụng tại nút như sau:

[𝑃] = ∫ [𝑓]0𝑙 𝑇𝑤(𝑥)𝑑𝑥 (7.15) Trong đó [𝑓] là hàm chuyển vị và 𝑤(𝑥) là áp lực hông của đất, phân bố tuyến tính theo chiều sâu (hình 7.7), và có thể biểu diễn như sau:

) (P 2

[𝐾] [𝑞] = [𝑃0] (7.18)

Do ma trận độ cứng tổng thể trên có kể tới độ cứng của các phần tử kết cấu như thanh chống, neo, dầm, nên phương trình trên được viết cho trường hợp hố đào đã có chống Thực tế, thanh chống được lắp dựng khi tường đã bị chuyển vị do giai đoạn đào trước đó, cho nên vấn đề trên cần được quan tâm Vấn đề này có thể được giải quyết bằng việc thêm các lực phụ vào vế phải của phương trình 7.18 Độ lớn của lực phụ bằng độ cứng của thanh chống nhân với chuyển vị tường ở giai đoạn đào trước, như thê hiện trên hình 7.8 Như vậy, phương trình trên có thể viết lại là:

1 k

P Mực đào

1 ,  ,  

 n là các lực phụ

1 1

Khai báo

Kết thúc

Phân tích tường

n

i

KhôngCó

Có

n = Tổng số giai đoạn thi công

= Giai đoạn thi công thứ i

j = Lò xo tương đương của đất tại nút j

m = Số nút0



j

Chuyển vị tường ở vị trí tầng chống thứ (i-1) tại giai đoạn thi công thứ (i-1) (trước khi tầng chống thứ (i-1) được lặp đặt)

Lực phụ tại nút của tầng chống thứ (i-1)

Giới hạn của lò xo quy đổi của đất tại nút j

Phản lực của lò xo tương đương của đất tại nút j

Hình 7.9 Biểu đồ phân tích của phương pháp dầm trên nền đàn hồi

7.4 Phân bố của áp lực đất

Phân bố của áp lực đất lên tường cần được mô phỏng sát với thực tế nhất có thể Áp lực đất lên tường có liên hệ mật thiết với độ chính xác của mặt phá hoại được giả sử Mặt phá hoại giả sử càng giống với mặt phá hoại thật thì áp lực đất thu được càng chính xác Việc xác định sự phân bố của áp lực đất cần loại bỏ hoàn toàn các hệ số an toàn để tránh cho

bị méo mó Các lí thuyết và giá trị hợp lý của áp lực đất dùng cho thiết kế được trình bày trong chương 4, mục này chỉ trình bày 1 cách ngắn gọn vấn đề trên

Như thảo luận trong mục 4.5, với các loại đất rời như cát, sỏi, tương quan giữa áp lực đất thực tế, áp lực đất Rankine, áp lực đất Coulomb như sau:

𝑃𝑎(𝑅𝑎𝑛𝑘𝑖𝑛𝑒) > 𝑃𝑎(á𝑝 𝑙ự𝑐 đấ𝑡 𝑡ℎự𝑐 𝑡ế) > 𝑃𝑎(𝐶𝑜𝑢𝑙𝑜𝑚𝑏)

𝑃𝑝(𝐶𝑜𝑢𝑙𝑜𝑚𝑏) > 𝑃𝑝(á𝑝 𝑙ự𝑐 đấ𝑡 𝑡ℎự𝑐 𝑡ế) > 𝑃𝑝(𝑅𝑎𝑛𝑘𝑖𝑛𝑒) Như minh họa ở trên, khi áp lực đất Rankine được áp dụng cho cả 2 bên tường, kết quả tính toán sẽ quá thiên về an toàn Mặt khác, nếu sử dụng áp lực đất Coulomb, việc

thiết kế sẽ không đảm bảo Mặt phá hoại thiết lập trong lý thuyết áp lực đất Kerisel sát với thực thế nhất Do đó, phân bố áp lực đất 2 bên tường nên ước lượng theo

Caquot-áp lực đất Caquot-Kerisel

Dựa vào hình 4.9, hệ số áp lực đất chủ động của Coulomb khá sát với hệ số của Caquot-Kerisel Do vậy, hệ số Coulomb có thể được dùng trong tính toán áp lực đất chủ động Trong khi đó, hệ số của Rankine lớn hơn 1 chút so với của Caquot-Kerisel Với sự sai khác không lớn và để đơn giản, hệ số áp lực đất chủ động của Rankine có thể được sử dụng

Nếu góc ma sát giữa tường và đất (𝛿) nhỏ hơn 0.5𝜑′, như minh họa trong hình 4.10,

hệ số áp lực đất bị động của Caquot-Kerisel xấp xỉ của Coulomb Do đó, hệ số áp lực đất

bị động của Caquot-Kerisel có thể được dùng để ước lượng áp lực đất bị động Trong khí

đó, nếu 𝛿 ≥ 0.5𝜑′, hệ số áp lực đất bị động của Coulomb lớn hơn đáng kể của Kerisel và dẫn tới kết quả thiết kế không an toàn

Caquot-Theo mục 4.6.2, áp lực đất ở 2 bên chủ động và bị động của tường trong đất rời có thể được xác định theo công thức 4.23-4.28 Các áp lực đất này có liên hệ mật thiết với góc ma sát (𝛿) giữa tường và đất Như thảo luận trong mục 5.5, góc ma sát giữa tường và đất có thể giả sử gần đúng là 𝛿 = 𝜑′ Để thiên về an toàn, ta có thể lấy 𝛿 = (0.5 − 0.8)𝜑′ Góc ma sát giữa cừ thép và đất có thể là 𝛿 = (13−12)𝜑′

Theo mục 4.6.1, áp lực đất ở 2 bên chủ động và bị động của tường trong đất dính được xác định theo công thức 4.16-4.19 Các áp lực đất này chịu sự chi phối trực tiếp của lực dính (𝑐𝑤) giữa tường và đất Như thảo luận trong mục 5.5, lực dính giữa tường bê tông cốt thép và đất sét có thể được giả sử là 𝑐𝑤 = 0.67𝑠𝑢và giữa cừ thép với các loại đất là

𝑐𝑤 = 0.5𝑠𝑢 với su là sức kháng cắt không thoát nước của đất

7.5 Ước lượng hệ số phản lực nền

Dựa trên nghiên cứu của Terzaghi (Terzaghi, 1955), các yếu tố ảnh hưởng tới hệ số phản lực nền bao gồm kích thước, hình dạng, và chiều sâu móng Như vậy, hệ số phản lực nền không những là một tham số cơ bản của đất mà còn liên quan tới cả hệ móng

Rất nhiều nhà nghiên cứu đã đề xuất các phương pháp ước lượng hệ số phản lực nền dựa trên kết quả thí nghiệm, lý thuyết đàn hồi, hoặc kinh nghiệm Ví dụ, Vesic (1961) thiết lập công thức xác định hệ số phản lực nền cho dầm dài vô hạn có bề rộng B chịu tải trọng tập trung (hình 7.1) như sau:

𝑘𝑠 ≈ 𝐸𝑠

𝐵(1−𝜈𝑠2) (7.21)

trong đó,

𝐸𝑠 là mô đun đàn hồi của đất

𝐸𝑏 là mô đun đàn hồi của dầm

𝜈𝑠 là hệ số poát xông của đất

𝐵 là bề rộng của dầm

𝐼 là momen chống uốn của dầm

Một số kỹ sư thay chiều rộng hố đào vào đại lượng B trong các công thức 7.20 và 7.21 để xác định hệ số phản lực nền ngang trong phân tích hố đào Tuy nhiên, khi so sánh

mô hình Winkler (hình 7.1) với mặt cắt hố đào (hình 7.10), ta có thể thấy rằng cách áp dụng này không hợp lý Cho dù công thức của Vesic dựa trên lý thuyết căn bản và chặt chẽ, nó không thể được sử dụng cho trường hợp hố đào sâu



Thanh chống

Tầng đất cứngTường chắn

(a)Hình 7.10 Hố đào với tường chắn chôn sâu 1 khoảng 𝑙 trong đất: (a) mặt bằng và (b) mặt cắt A-A

Terzaghi (1955) cũng đề xuất cách xác định hệ số phản lực nền cho tường cừ dùng neo, trong đó chiều sâu chôn tường được kể đến là khu vực chịu tải Nếu chiều sâu chôn tường nông và chân cừ không được ngàm chặt, tường cừ sẽ ứng xử như kết cấu chắn đất

tự do như thể hiện trong hình 7.11 Do vậy, các hệ số phản lực nền trong đất cát và sét cứng có thể được ước lượng lần lượt là:

Đất cát: 𝑘ℎ = 𝑙ℎ𝐻𝑧

𝑝 (7.22) Đất sét cứng: 𝑘ℎ = 𝑙ℎ1𝐻1

𝑝 (7.22)

trong đó,

𝑙ℎ là hằng số của đất phụ thuộc vào độ chặt tương đối của đất quanh tường

𝑧 là chiều sâu dưới đáy hố đào bên phía bị động

𝑘ℎ1 là hệ số phản lực nền ngang khi chiều sâu chôn tường là 1 foot

𝐻𝑝 là chiều sâu chôn tường cừ

z p

H

Chuyển vị tường

Hình 7.11 Chuyển vị của tường chắn đất tự do

Do hố đào sâu thường được tiến hành theo nhiều giai đoạn, chiều sâu chôn tường hay khu vực chịu tải sẽ giảm cùng với quá trình đào Bởi vậy, ks của đất phía trước tường

sẽ tăng theo quá trình đào nếu mô đun đàn hồi và hệ số poát xông của đất không đổi xét theo công thức 7.22 và 7.23

Mặt khác, do đất cát thường thể hiện ứng xử không thoát nước, ứng suất hữu hiệu phía trước tường và phía dưới mặt hố đào sẽ giảm theo quá trình đào trong khi sức kháng cắt và mô đun đàn hồi của đất lại giảm Kết quả là hệ số phản lực nền sẽ giảm Tuy nhiên, ứng suất hữu hiệu trong đất sét không biến đổi theo sự suy giảm của áp lực bên trên do ứng xử không thoát nước Vì vậy, sức kháng cắt và mô đun đàn hồi không thoát nước vẫn giữ nguyên trong quá trình đào như minh họa trong hình 7.12 Cho nên, hệ số phản lực nền của đất sét không đổi

( a ) ( b )

Hình 7.12 Sức kháng cắt không thoát nước và mô đun đàn hồi của đất sét không đổi trong quá trình đào: (a) trước khi đào và (b) sau khi đào

Căn cứ vào các thảo luận ở trên, ks của đất phía trước tường sử dụng trong phân tích

hố đào có các đặc điểm sau:

1 ks có liên quan tới chiều sâu chôn tường (vùng chịu tải), mô đun đàn hồi, và hệ số poát xông

2 Với đất cát, trong quá trình đào, ks sẽ giảm dần do sự suy giảm của áp lực hữu hiệu

và mặt khác ks sẽ tăng do chiều sâu chôn tường giảm

3 Với đất sét, trong quá trình đào, ks sẽ không đổi ngay cả khi tổng áp lực bên trên giảm theo chiều sâu đào do ứng xử không thoát nước của đất và mặt khác ks sẽ tăng do chiều sâu chôn tường giảm

Hiện tại chưa có một công thức tính toán nào xét tới được tất cả các yếu tố trên như chiều sâu chôn tường và tính chất của đất Tuy nhiên, một vài nhà nghiên cứu đã đề xuất các công thức kinh nghiệm để ước lượng ks theo các thông số cường độ và các chỉ tiêu cơ bản khác của đất

Dựa trên nghiên cứu từ rất nhiều trường hợp thực tế, tác giả đề xuất các công thức xác định k

7.6 Ước lượng các tham số kết cấu

Như thảo luận trong mục 3.3.1, tường cọc thép sử dụng chắn giữ các hố đào thường là thép hình H hoặc ray Đặc trưng tiết diện của thép H và ray có thể tham khảo từ các sách

về kết cấu thép hoặc sổ tay thiết kế kết cấu thép Mô đun đàn hồi danh nghĩa của cọc thép

là 2.04 × 106 kg/cm2 Về lý thuyết, độ cứng chống uốn EI không cần triết giảm trong phân tích Tuy nhiên, khi tính tới việc tái sử dụng các cọc thép, mô đun đàn hồi danh nghĩa cần được giảm đi 20%

Mô đun đàn hồi danh nghĩa của cừ ván thép cũng là 2.04 × 106 kg/cm2 Một số học giả cho rằng cọc cừ không được nối cứng với nhau và cần triết giảm momen quán tính đi 40% Tuy nhiên, tác giả thấy không nhất thiết phải nghi ngờ mối nối cừ do việc phân tích được tiến hành theo bài toán phẳng nên chỉ có độ cứng chống uốn theo phương đứng được

kể tới Bởi vậy, độ cứng chống uốn danh nghĩa vẫn được sử dụng Tuy nhiên, xét tới việc tái sử dụng cọc cừ, độ cứng chốn uốn của cừ nên được lấy bằng 80% độ cứng danh nghĩa Nếu phân tích tường cừ theo bài toán 3 chiều, mối nối cừ cần được xét tới bằng việc sử dụng hệ số triết giảm hợp lý

Mô đun đàn hồi của tường bê tông cốt thép về cơ bản được xác định dựa theo độ bền chịu nén của bê tông Dựa vào tiêu chuẩn ACI, mô đun đàn hồi của bê tông có thể xác định từ phương trình 𝐸 = 15000√𝑓𝑐′ 𝑘𝑔/𝑐𝑚2 với fc’ là độ bền chịu nén của bê tông sau

28 ngày Khi kể tới khả năng xuất hiện vết nứt trong bê tông do momen uốn (làm giảm

mô đun chống uốn), độ cứng chống uốn EI thường được giảm từ 20-40% trong phân tích

Hình 7.13 trình bày các momen uốn tại vị trí quan sát chính của hố đào TNEC Đường nét đậm là momen uốn thu được từ thiết bị đo biến dạng lắp đặt trên cốt dọc của tường bê tông cốt thép Do vết nứt trên tường sẽ ảnh hưởng tới kết quả đo của thiết bị, momen uốn được tính toán cần xét tới ảnh hưởng này Đường nét đứt trong hình là momen uốn được tính từ đường cong chuyển vị của tường Cách thức tính toán như sau: trước hết, xác định bán kính cong từ phương trình đường cong của tường Giả sử EI không đổi, momen uốn tại chiều sâu bất kì của tường có thể đước xác định bằng công thức 𝑀 = 𝐸𝐼/𝑟 với r là bán kính cong

Hình 7.13 Sự thay đổi của momen uốn trên tường chắn của hố đào TNEC

Momen uốn tính toán từ đường cong chuyển vị không xét tới ảnh hưởng của vết nứt trên tường Các tỉ số giữa momen uốn xác định theo thiết bị đo và giá trí tính toán từ đường cong chuyển vị chính là hệ số triết giảm (R) như minh họa trên hình 7.14 Căn cứ

số triết giảm ở đỉnh và chân tường xấp xỉ 1.0 và ở gần bề mặt hố đào giảm tới 0.5 Trong phân tích, ta có thể áp dụng các hệ số triết giảm khác nhau cho các vị trí khác nhau cho các độ sâu khác nhau trên tường

Hình 7.14 Hệ số triết giảm của momen uốn cho tường chắn của hố đào TNEC

Như trình bày trong mục 3.3.3, tường cọc bê tông cốt thép gồm có cọc xi măng (PIP), cọc bê tông cốt thép, và cọc hỗn hợp Cọc bê tông cốt thép có thể phân thành cọc khoan tuần hoàn ngược và cọc ống thép Giá trị fc’ của cọc PIP vào khoảng 170 kg/cm2 và của cọc bê tông cốt thép là 280 kg/cm2 Trong phân tích, giá trị này có thể triết giảm tới 30-50% Giá trị cụ thể của hệ số triết giảm phụ thuộc vào chất lượng thi công cọc Thêm vào

đó, nếu xét tới mức độ nứt nẻ của bê tông ở các chiều sâu khác nhau trên cọc, ta có thể

áp dụng các hệ số triết giảm khác nhau như trường hợp của tường bê tông cốt thép

Giá trị fc’ với cọc hổn hợp là khoảng 5 kg/cm2 Do cường độ khá thấp, độ cứng chống uốn của cọc xi măng đất có thể bỏ qua và ta chỉ xét độ cứng chống uốn của thép H (hoặc W) bên trong

Thanh chống ngang hoặc sàn hầm chỉ chịu lực dọc Do vậy, chung có thể được mô hình là lò xo có độ cứng như sau:

𝑘=𝐴𝐸𝐿 (7.26)

trong đó,

𝐴 là diện tích tiết diện của thanh chống hoặc sàn hầm

𝐸 là mô đun đàn hồi

𝐿 là chiều dài của thanh chống hoặc sàn hầm, thường lấy bằng 1 nửa chiều rộng hố đào Ngoài công trường, do các thanh chống được lắp dựng bằng cách ghép các đoạn thép

H với nhau nên thanh chống không hoàn toàn thẳng để đạt được độ cứng dọc trục danh nghĩa Thêm vào đó, ảnh hưởng uốn gây bởi chuyển vị đẩy trồi của trụ chống trung tâm

sẽ làm giảm độ cứng dọc trục của thanh chống Trong phân tích, độ cứng dọc trục của thanh chống cần được triết giảm

Độ cứng dọc trục của sàn hầm khi thi công theo phương pháp xây dựng ngược cũng cần triết giảm do độ bền chịu nén của bê tông sàn không đạt được giá trị thiết kế và do nứt nẻ khi bê tông co ngót

Trong cùng một điều kiện như nhau, độ cứng dọc trục của sàn hầm ít bị ảnh hưởng bởi chất lượng thi công hơn thanh chống Do đó, độ cứng dọc trục của sàn hầm cần triết giảm ít hơn Dựa theo kinh nghiệm, độ cứng dọc trục của sàn hầm lầy bằng 80% giá trị danh nghĩa và của thanh chống là 50-70% giá trị danh nghĩa

7.7 Các phương pháp phân tích hố đào

7.7.1 Phương pháp phân tích trực tiếp và phương pháp tái phân tích

Phân tích trực tiếp nhập trực tiếp các thông số của đất thu được từ thí nghiệm vào phần mềm tính toàn và lấy kết quả thu được làm đại diện cho ứng xử của hố đào Về lý thuyết, nếu mô hình đất và các thông số đầu vào có thể mô phỏng đầy đủ ứng xử của đất, phương pháp này có thể thu được kết quả chính xác và hợp lý

ứng xử của đất ngoài hiện trường Các mô hình đất cũng không thể mô phỏng chính xác ứng xử của đất Do vậy, thống số của đất thu được từ thí nghiệm cần phải hiệu chỉnh Khi quá trình hiệu chỉnh có tính quy củ, chuẩn mực, và thống nhất để áp dụng được với bất kì loại đất và điều kiệu xây dựng nào, phương pháp phân tích sử dụng thông số đất từ quy trình này sẽ được gọi là phương pháp phân tích trực tiếp

Mặt khác, ta có thể lấy các số liệu quan trắc làm đối tượng nghiên cứu và chỉnh sửa các thông số của mô hình đất để kết quả phân tích khớp với giá trị đo được rồi sau đó sử dụng các thông số đất đó để phán đoán ứng xử của các hố đào có điều kiện địa chất và thi công tương tự Quy trình này cũng cho ra các kết quả khá hợp lý và phương pháp này được gọi là phương pháp tái phân tích Phương pháp tái phân tích có thể áp dụng cho việc thi công theo từng giai đoạn Đó là các số liệu quan trắc từ các giai đoạn trước có thể được sử dụng để tái xác định các thông số đất và sử dụng chúng để phán đoán ứng xử của công trình trong giai đoạn cuối hoặc giai đoạn quan trọng Vào năm 1969, Peck đã sử dụng phương pháp này để phân tích các bài toán địa kĩ thuật và đặt tên là phương pháp quan trắc

Thực tế là mọi mô hình đất đều cần nhiều thông số đất Bên cạnh đó, đất dưới bề mặt thường có nhiều lớp Do vậy, nếu giả sử tất cả các thông số đều chưa biết, việc tiến hành tái phân tích sẽ tốn thời gian và chi phí Một cách tiếp cận hợp lý đó là chỉ tập trung vào một vài tham số không thể thu được từ thí nghiệm hoặc không thể ước lượng chính xác Các thông số khác được lấy từ kết quả thí nghiệm Chẳng hạn, với phương pháp dầm trên nền đàn hồi, giá trị su của đất sét ngập nước có thể thu được từ thí nghiệm Thông số duy nhất cần tái phân tích là kh Như vậy, quá trình tái phân tích có thể rút ngắn đáng kể