bài tập tường chắn đất

Số liệu: .......................................................................................................................... 12. Thông số cho bơm P1102AB và tháp tách E1112:................................................... 13. Đường dẫn dầu thô từ tháp T1101 ra bơm .................................................................. 24. Đường dẫn cặn được bơm bở P1106........................................................................... 45. Đường đi của chất lỏng................................................................................................. 56. Naphtha chảy lên tháp tách T1101 ............................................................................ 67. Chất ức chế ăn mòn được bơm vào để điều hòa chất lỏng ........................................... 78. Đường tín hiệu điều khiển hoạt động ........................................................................... 89. Thiết bị gia nhiệt E1112 ............................................................................................ 1010. Thiết bị pơm P1102 AB ........................................................................................... 1111. Đường xả chất lỏng của bơm......................................................................................

NEO TRONG ĐẤT

Trong thực tế xây dựng ngày nay có nhiều công trình có mái dốc lớn, hố đào sâu Do mật

độ xây dựng, xây chen, do giá thành công trình, không cho phép mở rộng mái dốc xâydựng nên tường chắn đứng đang được sử dụng rộng rãi Đặc biệt là tường chắn mềm do

ưu điểm về công nghệ, giá thành và tiến độ thi công.Neo kết hợp với tường chắn mềm, làm phân bố lại mô men trong tường nên giảm kíchthước tường, tiếp nhận áp lực ngang từ tường truyền vào khối đất ổn định phái sau Neocho phép không phải đào sau tường chắn, cho phép thi công từ trên xuống giảm khốilượng chống đỡ Tuy nhiên, để tăng hiệu quả việc sử dụng neo cho các tường chắn có neothì chúng ta cần nghiên cứu bố trí neo một cách hợp lý Nội dung bài này dựa trên cáctính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn cho một trường hợp tường chắn cụ thể từ đóđưa ra phương pháp đánh giá về sự bố trí hợp lý của các neo trong tường chắn mềm

Mục tiêu sử dụng neo là để cải thiện khả năng làm việc của kết cấu tường chắn, tức là giữcho tường chắn ổn định, phân phối lại mô men trên tường Như vậy, neo cần phải thoảmãn về độ bền (sức chịu nhổ, chịu kéo) và sự làm việc chung của cả hệ thống (tức sựtương tác lẫn nhau) Cấu tạo neo gồm 3 phần sau:Phần đầu là phần liên kết với kết cấu tường chắn Nó phải đảm bảo vững chắc đầu neo vàkhông làm biến dạng hay phá huỷ cục bộ tường chắn;Phanà cố định là phần cuối cùng của neo được cố định chắc chắn vào nền đất cố định Nóphải đảm bảo khả năng dính bám với đất và không làm mở rộng vùng biến dạng dẻo củađất nền bao quanh nó Vì vậy, vùng này phải có kích thước đủ lớn và cần được củng cốbằng cách mở rộng vùng neo, cải thiện phần đặt đất quanh vùng veo, tăng độ sâu và chiều

Phần thân tự do là phần truyền tải giữa phần đầu và phần cố định Phần tự do (thân neo)cần có cường độ và tiết diện đảm bảo chịu được sức căng Chiều dài phần tự do phải đủ

để phần cố định của neo nằm vào vùng đất ổn định sau mặt trượt tiềm năng một đoạn χnào đó theo giá trị χ được khuyến cáo lựa chọn bằng 1,5m hay 0,2H hoặc lớn hơn (H là

Thêm vào đó chiều dài và khoảng cách giữa các neo phải đảm bảo thuận tiện thi công vàkhông phát sinh những ảnh hưởng tương tác làm giảm khả năng chịu lực của neo tínhtoán Khoảng cách giữa các neo khuyến cáo nên chọn >1,2m

3 Khả năng dính bám của neo

Sự bám dính của neo vào đất phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện đất nền, độ sâu của bầuneo so với mặt đất, kích thước bầu neo và áp lực phun vữa.Theo điều kiện cải thiện khả năng chịu lực, có thể có một số dạng neo phụt vữa khácnhau, trong nội dung nghiên cứu này, chúng ta chỉ xét đến trường hợp neo lỗ thẳng, phụtvữa áp lực thấp, thường được ứng dụng cho trường hợp nền là hạt thô hoặc đất rời hạtmịn

Theo khả năng dính bám của neo trong đất hạt rời có thể được xác định bằng biểu thức

L

Tƒ = πDLγ’ ( z + l sin α + - sin α).n.tgφ’2

α - góc nghiêng của neo so với phương ngang;

n - tỷ số giữa áp lực phun vữa với giá trị γ’h trên bầu neo;φ’- góc ma sát trong có hiệu lực của đất

Từ biểu thức trên chúng ta có thể rút ra nhận xét là sức dính bám của neo không chỉ phụthuộc vào bản chất của đất nền và kích thước của neo (đường kính bầu neo D, chiều dàithân neo l và bầu neo L) mà còn phụ thuộc nhiều vào vị trí đặt neo và góc nghiêng củaneo so với phương ngang Dưới đây với sự trợ giúp của phần mềm Plaxis, chúng ta sẽphân tích ảnh hưởng của các đại lượng α và z tới hệ số an toàn của một công trình tườngchắn cụ thể, từ đó xác định được các tham số α và z hợp lý nhất sao cho công trình đạt

4 Tính toán bố trí hợp lý neo

Chúng ta xét một hố đào rộng 30m, sâu 8m, được giữu ổn định bằng tường thẳng đứng bêtông cốt thép mác 300 dày 0,4m có hệ số poisson ν = 0,17 và mô đun đàn hồi E = 2,9.107kN/m2

Tường chắn ngàm sâu xuống dưới đáy hố đào 5m và được gia cường bằng một tầng neo.Dọc theo chiều dài tường chắn, các thanh neo được bố trí đều và cách nhau 2m Các neo

Phần tự do của neo được mô hình bằng phần tử neo (node – to – node anchor) với độcứng chịu kéo của mỗi neo là EA = 2.105 kN.Bầu neo được mô tả bằng phần tử geotextile có độ dài 4m với độ cứng chịu kéo EA =

Lớp đất trên cùng là lớp đất lấp có bề dầy trung bình 1m, được thay thế bằng tải trọngphân bố đều có cường độ 20kN/m2, lớp đất dưới là cát đồng nhất có các chỉ tiêu cơ lýnhư sau: dung trọng tự nhiên γ = 17kN/m3, mô đun biến dạng E = 28000kN/m2, hệ sốpoisson ν = 0,3, góc ma sát trong φ = 30o, nước ngầm ở rất sâu

Các tính toán thực hiện với các trường hợp vị trí đặt neo không đổi nhưng góc nghiêng sovới phương ngang của neo thay đổi và trong trường hợp chọn được góc nghiêng hợp lýchúng ta sẽ thay đổi độ sâu đặt neo để tìm được độ sâu đặt neo phù hợp nhất.Đầu tiên chúng ta tính toán cho trường hợp độ sâu đầu neo là 3m kể từ đỉnh tường, tiếptheo lần lượt chúng ta sẽ thay đổi các góc nghiêng của neo so với phương ngang các góc

là 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 và 50 độ.Các kết quả tính toán được thể hiện ở đồ thị quan hệ giữa sự thay đổi góc nghiêng củathanh neo so với phương nằm ngang và hệ số ổn định của công trình

Ở đây hệ số ổn định Fs của công trình được xác định theo phương pháp “giảm φ và c” giátrị của Fs được xác định thông qua biểu thức (2) dưới đây:

và C red lần lượt là các giá trị gĩc ma sát trong và lực dính đơn vị tương ứng với khi cơng

Chúng ta nhận thấy hệ số ổn định của cơng trình đạt được lớn nhất khi gĩc nghiêng củathanh neo so với phương ngang là 35 độ Kết quả này tương đối phù hợp với các tài liệuchỉ dẫn đã được cơng bố ở nước ngồi rằng gĩc nghiêng đặt neo nên lựa chọn trong

Sau khi cĩ được gĩc nghiêng hợp lý ở phần tính tốn trên, chúng ta sẽ cố định giá trị gĩcnghiêng này và tính tốn cho các trường hợp đặt neo ở các độ sâu khác nhau Trong tínhtốn này chúng ta chú ý giữ khoảng cáchPHẦN III:

TÍNH TOÁN ÁP LỰC ĐẤT LÊN TƯỜNG CHẮN

I THEO QUAN ĐIỂM THI CÔNG:

Khi mái dốc ổn định tức là khi khối lăng trụ còn ở trong trạng tháicân bằng tức lúc đó lực trượt T = Qsin gây ra do trọng lượng khối lăng trụ

Q bằng lực dính C(AC) cộng với lực ma sát, ta có

 - góc giữa mặt phẳng trượt AC và mặt phẳng ngang

 - góc mái dốc tự nhiên

Hình 1 : Điều kiện cân bằng của mái dốc

Trị số của các lực dính và ma sát sẽ bị giảm đi khi độ ẩm của đấttăng Khi tổng các lực này nhỏ hơn lực trượt, điều kiện cân bằng của khốilăng trụ ABC sẽ bị phá vỡ, mái dốc hố đào sẽ bị sụt lở Do đó sự ổnđịnh của mái dốc hố đào không được gia cố cũng chỉ giữ được tạm thờicho đến khi các tính chất cơ lý của đất thay đổi (do nước ngầm hoặc mưa lũlàm cho đất ẩm ướt)

Chính vì lý do này để đảm bảo an toàn lao động và các lý do về mặtkinh tế cần phải thi công đào hố, hào (xây móng, đặt đường ống) trongmột thời gian ngắn vào mùa khô

Tuy nhiên trong thực tế, thời gian thi công và tồn tại của nhiều hố,hào thường bị kéo dài tới khi mái dốc không còn giữ được ổn định nữasẽ dẫn đến sụt lở đất đào gây tai nạn

1

Bảo đảm sự ổn định của hố , hào :

a) Khi đào với thành đứng :

Đối với đất có độ ẩm tự nhiên, kết cấu không bị phá hoại vàkhông có nước ngầm, chỉ cho phép đào hố và hào đứng thành, không cầngia cố với chiều sâu hạn chế do quy phạm quy định như sau :

Đất á sét và sét  1,5 mĐất cứng (khi đào phải dùng cuốc chim, xè beng)  2 mChiều sâu thành đứng tới hạn khi đào đất có thể xác định theo côngthức [1]

Qsin = c(AC) + Q costg (1) Từ công thức ta có thểrút ra được lực dính trong mặt AC

sin cos sin( ) ( ) ( ) cos

sin( ) 2

Sau khi biến đổi đẳng thức này và ký hiệu cho trường hợp tới hạn Kmax

tìm thấy chiều sâu hố đào:

max

0 2

2 sin cos

90 sin ( )

Khi thành hố đào thẳng đứng tức là góc mái dốc bằng 900 chiều sâutới hạn của nó sẽ là:

max 0 2

2 cos 90 sin ( )

Theo hai công thức trên (3) và (4) có thể xác định được chiều sâu hốđào trong điều kiện cân bằng giới hạn khi không có hệ số an toàn ổn định.Trong các điều kiện thực tế thi công đất, để đề phòng chấn thương, trongcác công thức (3) và (4) khi tính cần đưa thêm hệ số an toàn ổn định bằngcách thay

Kmax thành K’ = Kmax /m = C/m

 thành ’ = arctg (t/m)Trong đó:

- dung trọng đất (T/m3)

m – hệ số ổn định 1,5 – 3

t – hệ số ma sát lấy bằng tg

sau khi thay K’ và ’ vào công thức (4)ta sẽ có công thức xác địnhchiều sâu tới hạn khi đào hố, hào đứng thành:

0 2

2 cos 90

2 cos (1 sin )

Hình 2 giới thiệu pp gia cố đào thành dựng đứng (tường chắn):

Hình 2: Gia cố thành đứng hố đào

1 – ván cừ; 2 – cọc đứng; 3 – văng chống ngang

Hệ thống gia cố chủ yếu gồm các bộ phận sau:

1 Ván tường đứng làm từ các tấm riêng rẽ hoặc ghép lại thành tấmlớn, trực tiếp chịu áp lực đất

2 Các cọc ván đứng để giữ các tấm ván tường theo mặt phẳng đứng

3 Văng chống ngang hoặc chống xiên giữ các cạo đứng

Hệ thống gia cố phải được xác định bằng phương pháp tính toán, tínhvới áp lực chủ động của đất và các tải trọng phụ thêm tác động lênkhối lăng trụ sụp đổ

Trị số áp lực đất chủ động trong đất dính xác định theo công thức cơhọc đất như sau:

H – Chiều sâu hố đào (m)

 - dung trọng đất (T/m3)

 - góc ma sát trong của đất

C – lực dính (T/m2)

Trị số trung bình của lực dính C đối với một số loại đất như sau (T/m2)

q h

H

C Bc

Đất có lẫn thực vật 0,5

 Như vậy chiều cao của tải trọng phụ : [ h = q/]sẽ thêm vào chiềusâu hố đào

 Sau khi xác định áp lực đất lên tường chắn theo các công thức trênvà theo sức bền vật liệu xác định moment uốn tối đa avf moment chống uốncó thể chọn được tiết diện của các bộ phận tường chắn : ván tường, cọc,khoảng cách giữa các cọc và văng chống ngang

 Tính khoảng cách giữa các cọc trường hợp dùng những tấm ván dài3m để gia cố, chúng được coi như tầm liên tục với môment uốn cực đại xácđịnh theo công thức :

Mmax = ql2 /12

 Nếu ván dài dưới 3m coi như dầm trên 2 gối tựa với : M = ql2 /8

 Đối với những tấm ván đã chọn, môment chống uốn sẽ là :

W = bh2/6 Trong đó :

b – chiều rộng tấm ván (cm)

h – chiều dày tấm ván (cm)

Theo điều kiện sức bền ta có:



i Tính ván tường: cũng từ công thức (10) ta có thể dễ dàng xác

định chiều dày cần thiết của ván tường khi biết trước chiều rộng cảu tấmlà b

ii Tính cọc: tùy theo cách chống đỡ cọc mà sự làm việc chịu lực của

nó sẽ khác nhau Trên cơ sở phân tích sự làm việc đó, tiến hành xác địnhtrị số môment tác dụng vào cọc tương ứng

Xét vài trường hợp cụ thể:

 Nếu chân cọc được đóng sâu xuống đất, đầu cọc có thể tự do khôngcó văng chống ngang hoặc neo, khi đó có thể coi cọc làm việc như 1 dầmconsole một đầu ngàm Moment tối da làm uốn cọc tại chân ngàm trong đấtlà:

Mmax = PH/3 (kG/cm)

P = Q.L (kG)Trong đó:

Q – áp lực đất chủ động toàn phần trên một mét ngaytường

H – chiều cao cọc kể từ mặt đáy hố (cm)

2 2 01

(45 )

Q   H tg  

(kG/cm)Môment chống uốn của cọc:

max

u

M W

R



(cm3)

Ru - cường độ chống uốn của gỗ (xác định theo quy phạm)

Nếu lấy cọc tiết diện tròn, ta có:

Tính được W ucả cọc  từ W cọc suy ra đường kính cọc:

Cách xác định đường kính cọc cũng tương tự như trên

iii Tính văng chống ngang: những thanh chống ngang đặt giữa các

hàng cọc đặt cách nhau một khoảng a, thường lấy a=1m Văng sẽ chịu tảitrọng đất ép vào, xác định như phản lực của gối tựa ở giữa dầm 2 nhịp là:

N = cđ.l.a (kG)Trong đó:

l – khoảng cách giữa các cọc (cm)

a – khoảng cách giữa các thanh chống ngang (cm)

Tiết diện văng chống ngang sẽ xác định theo công thức:

- Điều kiện bền:

N/Ft  Rn

- Theo điều kiện ổn định

N / Ftt.f  Rn

Trong đó:

Ft – diện tích làm việc tính của tiết diện ngang (cm2)

Ftt – diện tích tính toán của tiết diện ngang (cm2)

f - hệ số uốn dọc (nên dùng )

Rn – cường độ chịu nén tính toán của gỗ dọc thớ (kG/cm2)

Trường hợp khi những thanh văng chống ngang gây trở ngại cho cáccông việc khác như đặt đường ống, đổ bêtông móng, … có thể thay cácvăng chống ngang bằng cách giằng đầu cọc với neo trên bờ

b) Khi đào hố, hào có mái dốc:

Khi đào hố hào có mái dốc trong đất có độ ẩm tự nhiên không cónước ngầm, chiều sâu không quá 5m, góc mái dốc thành hố, hào có thểlấy theo bảng 1

Khi đào sâu hơn 5m góc mái dốc hố đào có thể xác định theo tínhtoán

Bảng 1

Loại đất

Trạng thái đất

Gócgiữamáidốc vàđườngnằmngang(độ)

Tỷ sốgiữachiềucao củamáidốc vàhìnhchiếutrênmặtphẳngngang

Gócgiữamáidốc vàđườngnằmngang(độ)

Tỷ sốgiữachiềucao củamáidốc vàhìnhchiếutrênmặtphẳngngang

Gócgiữamáidốc vàđườngnằmngang

Tỷ sốgiữachiềucaocủamáidốcvàhìnhchiếutrênmặtphẳngngangSỏi, đá dăm 40o 1:1,20 40o 1:1,20 35o 1:1,40

1 – Góc mái dốc ổn định đối với bất kỳ loại đất nào là góc chốngtrượt của nó (t)

Ứng suất cực hạn ở trong chiều dày lớp đất được xác định bằngđẳng thức ứng suất chính do trọng lượng của cột đất có chiều cao bằngkhoảng cách bề mặt nằm ngang ở trên đến mốc đang xét Hệ số chốngtrượt Ft thể hiện bằng đẳng thức:

 - dung trọng của đất (T/m3)

H – chiều sâu lớp đất (m)Đại lượng Ft xác định tang của góc chống trượt của đất khi hệ số antoàn ổn định n=1 là tgt = Ft

Nếu lập mái dốc  xuất phát từ đẳng thức tg = tgt / n, ta có máidốc với hệ số ổn định n

Ví dụ : Mỏ có chất đồng nhất, cần xác định góc mái dốc khi chiều sâu

H=30m ;  = 300 ; lực dính c = 12 T/ m2 và hệ số an toàn ổn định của mái dốc

0 3

Khi khai thác đá và đào hố sâu, điều nguy hiểm đặc biệt đối vớicông nhân là trượt và sụt lở mái dốc và các ụ đất, đá treo Ơû các mỏkhai thác có chiều sâu lớn khoảng 20 – 30m và sâu hơn, hiện tượng trượt dốccó thể làm lấp hố ở dưới cùng với máy móc và người làm việc Hiệntượng trượt thường xảy ra nhiều vào mùa mư a lũ

Hình 3: Hình dáng mái dốc thnàh mỏ khi chất đất đồng nhất.

Để phòng ngừa trượt và sụt lở đất khi đào có thể thực hiện cácbiện pháp sau:

- Gia cố mái dốc bằng cọc bố trí theo hính bàn cờ

- Làm tường chắn bằng laọi đá rắn và cữa bảo đảm độ bền chịu lực

- Chủ động phá những ụ đất treo bằng công cụ cơ giới hoặc nổ mìn khiđã đưa người và máy móc đến nơi an toàn.

- Làm giảm góc mái dốc hoặc chia góc mái dốc ra làm nhiều giậtcấp, làn bờ thềm trung gian và tải đất thừa ra khỏi mái dốc

 Máy móc và phương tiện vận chuyển khi qua lại gần hố đào có thểgây ra chấn động làm sụt lở thành hố Do đó đường vận chuyển phải bốtrí ngoài phạm vi sụt lở khối đất lăng trụ

Ví dụ: để đặt đường cần trục gần hố đào phải biết khoảng cách từđầu đường ray đến mép của mái dốc

Khoảng cách đó gồm khoảng cách từ đầu đường ray đến mép khốiđất lăng trụ a (thường a=1m) và chiều rộng của khối đất lăng trụ sụp đổ b;

b có thể xác định thteo công thức:

sin( ) sin sin

Trong đó:  – góc thực tế của mái dốc

 - góc mái dốc tự nhiên của đất

Đối với đường ô tô lấy đại lượng a lấy không nhỏ hơn nửa chiềurộng lòng đường cộng thêm 0,5m Như vậy mới đảm bảo an toàn giao thôngdọc theo hố, hào

c) Khi hố hào có thành giật cấp:

Đối với những hố hào rộng, chiều sâu lớn (thường gặp trong thi côngthủy lợi hay khai thác) khi thi công người ta thường tiến hành theo giật cấp.Chiều cao mỗi đợt giật cấp đứung không được cao quá chiều cao cho phéptheo quy định an toàn (xem mục a), khi giật cấp để theo mái dốc, góc mái dốcphải tuân theo điều kiện đảm bảo ổn định (mục b) giữa các đợt giật cấpcó chừa lại rìa (thềm)

Căn cứ vào chiều rộng cần thiết khi thi công người ta phân ra bở đểlàm việc, bờ để vận chuyển đất và bờ để bảo vệ

Hình 4: Để tính khoảng cách từ mép mái dốc đến đỉnh đường ray.

Bờ làm việc và bở để vận chuyển đất được xuất phát từ điều kiệnkỹ thuạtđaof, cần có nền ổn định và chiều rộng đủ để hoàn thành cácthao tác làm việc một cách bình thường Chiều rộng bờ để vận chuyển sẽlấy như sau: khi vận chuyển thủ công (xe cút kít, đường sắt một ray) rộng 3 –3,5m; khi vận chuyển đất bằng xe súc vật kéo rộng 5; khi vận chuyển đấtbằng cơ giới rộng 7m

Trên mỗi giật cấp phải để lại bờ bảo vệ, khi tuân thủ theo mái dốctự nhiên của dốc, chiều rộng bờ xác định như sau:

 0,1H

 - chiều rộng bờ bảo vệ

H - chiều cao giật cấp

Theo kinh nghiệm thực tế ở các mỏ đá sâu, cứ 20 – 30m lại chừa bờ cóchiều rộng 6m