Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Cừ bản bê tông cốt thép dự ứng lực để xử lý ổn định mái cho công trình trên nền đất yếu

Luận văn "Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Cừ bản bê tông cốt thép dự ứng lực để xử lý ổn định mái cho công trình trên nền đất yếu" được hoàn thành nhờ sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy gi

Luận văn "Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Cừ bản bê tông cốt thép dự ứng lực để xử lý ổn định mái cho công trình trên nền đất yếu" được hoàn thành nhờ sự

giúp đỡ nhiệt tình của các thầy giáo, bạn bè đồng nghiệp, cơ quan và gia đình

Có được thành quả này là nhờ sự truyền thụ kiến thức của các thầy giáo, cô giáo trực tiếp giảng dạy và công tác tại Trường Đại học Thủy lợi trong suốt thời gian tác giả học tập tại trường

Tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy giáo, cô giáo trong Trường Đại học Thủy lợi trong thời gian học tập tại trường cùng sự quan tâm giúp

đỡ của Ban Lãnh đạo Công ty Tư vấn và Chuyển giao công nghệ - Trường Đại học Thủy lợi, gia đình, bạn bè đồng nghiệp trong công tác và học tập để học viên hoàn thành luận văn này

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Trịnh Minh Thụ, các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn Địa kỹ thuật công trình Trường Đại học Thủy Lợi đã tận tình hướng dẫn và cung cấp các tài liệu cần thiết cho luận văn này

Do còn hạn chế về trình độ chuyên môn, cũng như thời gian có hạn, nên quá trình thực hiện luận văn không tránh khỏi sai sót, tác giả mong muốn tiếp tục nhận được chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo và sự góp ý của các bạn bè đồng nghiệp để hoàn thiện hơn nữa kiến thức của mình

Hà nội, ngày 02 tháng 12 năm 2010

Võ Thanh Bình

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU 7

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 7

II MỤC TIÊU, NHIỆM VỤ VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 8

1 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài 8

2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài 8

III NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 8

CHƯƠNG 1 9

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CỪ BẢN BÊTÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC 9

1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ CỪ BẢN BTCT DỰ ỨNG LỰC 9

1.1.1 Giới thiệu chung 9

1.1.2 Các tính năng của công nghệ cừ bản BTCT dự ứng lực 10

1.1.3 Cấu tạo cừ bản BTCT dự ứng lực 10

1.1.4 Kết cấu cừ bản bê tông cốt thép dự ứng lực 11

1.1.5 Liên kết giữa các tấm cừ bản BTCT dự ứng lực 12

1.1.6 Tiêu chuẩn kỹ thuật của cừ bản BTCT dự ứng lực 12

1.1.7 Các đặc tính kỹ thuật, kích thước tiêu chuẩn của các loại cừ 12

1.2 CÁC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CỪ BẢN BTCT DỰ ỨNG LỰC 16

1.2.1 Ứng dụng công nghệ cừ bản BTCT dự ứng lực trên thế giới 16

1.2.2 Ứng dụng công nghệ cừ bản BTCT dự ứng lực ở Việt Nam 19

1.3 NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI 22

CHƯƠNG 2 23

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ QUY TRÌNH THI CÔNG CỪ BẢN BÊTÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC 23

2.1 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CỪ BẢN BTCT DỰ ỨNG LỰC 23

2.1.1 Tài liệu cơ bản và các bước tính toán 23

2.1.2 Tính toán xác định nội lực và chiều dài cừ 23

2.1.3 Trường hợp tường cừ bản không có neo 24

2.1.4 Trường hợp tường cừ bản có neo 29

2.1.5 Thiết kế cừ bản BTCT dự ứng lực 33

2.1.6 Thiết kế thanh neo, bộ phận giữ neo và dầm ốp tường cừ 33

2.1.7 Kiểm tra ổn định của tường cừ và đất nền 35

2.1.8 Kết luận 38

2.2 QUY TRÌNH THI CÔNG CỪ BẢN BTCT DỰ ỨNG LỰC 38

CHƯƠNG 3 48

TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CỪ BẢN BTCT DƯL 48

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH 48

3.1.1 Vị trí địa lý công trình 48

3.1.2 Nhiệm vụ và quy mô của dự án 49

3.1.3 Đặc điểm địa hình, địa mạo 52

3.1.4 Đặc điểm khí hậu, khí tượng thuỷ văn 52

3.1.5 Đặc điểm địa chất công trình 58

3.2 LỰA CHỌN GIẢI PHÁP XỬ LÝ VÀ HÌNH THỨC KẾT CẤU 60

3.2.2 Hình thức bố trí cắt ngang tuyến kênh 63

3.2.3 Phân đoạn xử lý nền 63

3.3 LỰA CHỌN PHẦN MỀM TÍNH TOÁN 66

3.3.1 Giới thiệu mô hình tính toán để giải quyết bài toán nghiên cứu 66

3.3.2 Lựa chọn phần mềm tính toán 67

3.3.3 Cơ sở lý thuyết của phần mềm Plaxis 68

3.3.5 Khái quát về mô hình hóa trong phần mềm Plaxis 78

3.4 TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT-BIẾN DẠNG CỦA NỀN VÀ NỘI LỰC CỦA CỪ BẢN BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC 78

3.4.1 Số liệu tính toán 78

3.4.2 Lựa chọn mặt cắt, trường hợp và sơ đồ tính toán 80

3.4.3 Các giả thiết, mô hình và các bước tính toán Cừ bản BTCT dự ứng lực 81

3.4.4 Kết quả tính toán 83

3.4.4 Tính toán kết cấu neo kè 90

3.5 PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ VÀ NHẬN XÉT KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 93

3.5.1 Phân tích, đánh giá kết quả tính toán 93

3.5.2 Nhận xét kết quả tính toán 93

CHƯƠNG 4 94

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 94

4.1 KẾT LUẬN 94

1 Các nội dung đạt được trong luận văn 94

2 Những tồn tại và hạn chế 95

4.2 KIẾN NGHỊ 95

TÀI LIỆU THAM KHẢO 96

CÁC PHỤ LỤC TÍNH TOÁN 98

THỐNG KÊ CÁC HÌNH VẼ

Hình 1-1 : Sản phẩm cừ bản bê tông cốt thép dự ứng lực 11

Hình 1-2 : Cấu tạo của vật liệu kín nước tại khớp nối của Cừ 12

Hình 1-3 : Kích thước hình học của mặt cắt ngang tại thân và đỉnh các loại cừ 13

Hình 1-4 : Các đặc trưng hình học của mặt cắt ngang các loại Cừ 14

Hình 1-5 : Trọng lượng bản thân của các loại Cừ bản BTCT 15

Hình 1-6 : Các thông số kỹ thuật của các loại Cừ được chế tạo và sản xuất 16

Hình 1-7 : Ứng dụng cừ BTCT dự ứng lực trong giao thông ở Nhật Bản 17

Hình 1-8 : Ứng dụng cừ BTCT dự ứng lực trong giao thông ở Nhật Bản 17

Hình 1-9 : Ứng dụng cừ BTCT dự ứng lực trong giao thông ở Nhật Bản 18

Hình 1-10 : Ứng dụng cừ BTCT dự ứng lực trong xây dựng ở Đức 18

Hình 1-11 : Ứng dụng Cừ làm kè kết hợp chỉnh trang đô thị 20

Hình 1-12 : Ứng dụng Cừ làm kè bờ biển 20

Hình 1-13 : Ứng dụng Cừ làm kè lấn biển 21

Hình 1-14 : Ứng dụng Cừ làm cảng cầu tàu cập bến bờ biển 21

Hình 1-15 : Ứng dụng Cừ làm tường chắn sóng kết hợp xử lý nền cho đê biển 22

Hình 2-1 : Tường cừ bản không neo đóng vào đất cát 24

Hình 2-2 : Sự thay đổi biểu đồ áp lực đất ròng, Sự thay đổi biểu đồ momen 25

Hình 2-3 : Tường cừ bản không neo đóng vào đất sét 28

Hình 2-4 : Tường cừ bản có neo 29

Hình 2-5 : Tường cừ bản có neo đầu tự do đóng vào đất cát 30

Hình 2-6 : Tường cừ bản có neo đầu tự do đóng vào đất sét 31

Hình 2-7 : Tường cừ bản có neo đầu ngàm đóng trong đất cát 32

Hình 2-8 : Sơ đồ tính chiều dài thanh neo 34

Hình 2-9 : Sơ đồ tính toán ổn định lật tường cừ 35

Hình 2-10 : Sơ đồ tính toán ổn định trượt phẳng tường cừ 36

Hình 2-11 : Sơ đồ tính toán ổn định trượt cung tròn 38

Hình 2-12 : Quy trình thi công cừ bản BTCT dự ứng lực 39

Hình 2-13: Chế tạo cừ bản BTCT dự ứng lực tại nhà máy 44

Hình 2-14 : Định vị tuyến công trình tại công trường 44

Hình 2-15 : Vận chuyển, bốc xếp cừ tại công trường 45

Hình 2-16: Bắt đầu thi công đóng cây cừ đầu tiên tại công trường 45

Hình 2-17 : Kết thúc thi công đóng cây cừ đầu tiên đến cao trình thiết kế .46

Hình 2-18 : Thi công cừ tại công trường (Thi công trên cạn) 46

Hình 2-19 : Thi công cừ tại công trường (Thi công dưới nước) 47

Hình 3-1 : Bản đồ tổng thể khu vực dự án trên mạng google 48

Hình 3-2 : Phối cảnh tổng thể khu vực công trình đầu mối 52

Hình 3-3 : Bố trí mặt cắt ngang đại diện tuyến kênh 65

Hình 3-4 : Sơ đồ tính toán 81

Hình 3-5 : Sơ đồ chia lưới phần tử và điều kiện biên của bài toán 82

Hình 3-6 : Sơ đồ tính tại Bước 1 82

Hình 3-7 : Sơ đồ tính tại Bước 2 83

Hình 3-8 : Sơ đồ tính tại Bước 3 83

Hình 3-9 : Lưới biến dạng tổng thể 83

Hình 3-10 : Chuyển vị tổng thể của cừ bản 84

Hình 3-11 : Biểu đồ Mômen của cừ 84

Hình 3-12 : Lưới biến dạng tổng thể của bài toán tính ổn định 84

Hình 3-13 : Sự hình thành các cung trượt nguy hiểm 85

Hình 3-14 : Đường quan hệ chuyển vị với hệ số ổn định KR minmin R 85

Hình 3-15 : Sơ đồ tính toán 86

Hình 3-16 : Lưới biến dạng tổng thể 86

Hình 3-17 : Chuyển vị tổng thể của cừ bản 87

Hình 3-18 : Biểu đồ Mômen của cừ 87

Hình 3-19 : Lưới biến dạng tổng thể của bài toán tính ổn định 88

Hình 3-20 : Sự hình thành các cung trượt nguy hiểm 88

Hình 3-21 : Đường quan hệ chuyển vị với hệ số ổn định KR minmin R 89

Hình 3-22 : Mặt bằng bố trí neo cho một đơn nguyên tường kè 91

Hình 3-23 : Sơ đồ lực tác dụng lên tường neo 91

Hình 3-24 : Sơ đồ tính toán 98

Hình 3-25 : Lưới biến dạng tổng thể 98

Hình 3-26 : Chuyển vị tổng thể của cừ bản 98

Hình 3-27 : Biểu đồ Mômen của cừ 99

Hình 3-28 : Lưới biến dạng tổng thể của bài toán tính ổn định 99

Hình 3-29 : Sự hình thành các cung trượt nguy hiểm 99

Hình 3-30 : Sơ đồ tính toán 100

Hình 3-31 : Lưới biến dạng tổng thể 100

Hình 3-32 : Chuyển vị tổng thể của cừ bản 100

Hình 3-33 : Biểu đồ Mômen của cừ 101

Hình 3-34 : Lưới biến dạng tổng thể của bài toán tính ổn định 101

Hình 3-35 : Sự hình thành các cung trượt nguy hiểm 101

Hình 3-36 : Sơ đồ tính toán 102

Hình 3-37 : Lưới biến dạng tổng thể 102

Hình 3-38 : Chuyển vị tổng thể của cừ bản 102

Hình 3-39 : Biểu đồ Mômen của cừ 103

Hình 3-40 : Lưới biến dạng tổng thể của bài toán tính ổn định 103

Hình 3-41 : Sự hình thành các cung trượt nguy hiểm 103

Hình 3-42 : Sơ đồ tính toán 104

Hình 3-43 : Lưới biến dạng tổng thể 104

Hình 3-44 : Chuyển vị tổng thể của cừ bản 104

Hình 3-45 : Biểu đồ Mômen của cừ 105

Hình 3-46 : Lưới biến dạng tổng thể của bài toán tính ổn định 105

Hình 3-47 : Sự hình thành các cung trượt nguy hiểm 105

Hình 3-48 : Sơ đồ tính toán 106

Hình 3-49 : Lưới biến dạng tổng thể 106

Hình 3-50 : Chuyển vị tổng thể của cừ bản 106

Hình 3-51 : Biểu đồ Mômen của cừ 107

Hình 3-52 : Lưới biến dạng tổng thể của bài toán tính ổn định 107

Hình 3-53 : Sự hình thành các cung trượt nguy hiểm 107

THỐNG KÊ CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3-1 : Tổng hợp các thông số chính của công trình 49

Bảng 3-2 : Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý đất đắp và đất nền 60

Bảng 3-3 : Thông số tính toán của Cừ bản BTCT dự ứng lực 79

Bảng 3-4 : Giá trị hệ số Rinter áp dụng cho các lớp đất 79

Bảng 3-5 : Bảng tổng hợp kết tính toán chi tiết cho các mặt cắt 89

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Hiện nay khi xây dựng các công trình ở vùng đồng bằng nước ta như đồng bằng sông Hồng, sông Cửu Long và các vùng đồng bằng ven biển Miền Trung thường gặp các loại trầm tích đất yếu như đất bùn, đất có hàm lượng hữu cơ cao, đất sét chảy, cát chảy có bề dày lớn Việc xử lý nền móng rất phức tạp, tốn kém Chi phí để xử lý nền móng thường chiếm tỉ lệ cao có lúc chiếm tới 60% giá thành công trình

Với các công trình có diện tích lớn như đường, bãi…vv Các giải pháp thường được sử dụng là xử lý bằng bấc thấm, cọc cát, cọc vôi – cát hay cọc Xi măng đất Hạn chế của các giải pháp này là : (1) Chiều sâu gia cố hạn chế ; (2) Hiệu quả thấp trong trường hợp chịu tải trọng lớn (đặc biệt rất kém khi chịu tải trọng ngang), mực nước ngầm cao ; (3) Thiếu vật liệu thay thế đất yếu do vật liệu tại chỗ không đảm bảo yêu cầu v.v

Trong thiết kế và thi công các công trình Thủy Lợi ven đê, sông như : Cống lấy nước, Trạm bơm hay kênh, mương v.v Việc ứng dụng các giải pháp xử lý về kết cấu và xử lý nền cũng gặp nhiều khó khăn do : (1) Công trình thường là có tải trọng lớn ; (2) Đất nền có tính nén lún cao, chiều dày của lớp đất này rất lớn hoặc đất nền là cát chảy ; (3) Chịu ảnh hưởng trực tiếp của dòng chảy trong mùa lũ

Xử lý gia cố nền bằng Cừ bản Bê tông cốt thép dự ứng lực còn khá mới mẻ đối với Việt Nam Đây là một công nghệ đã được nghiên cứu, phát minh và ứng dụng nhiều năm qua ở Nhật Bản và trên thế giới mang lại hiệu quả rất to lớn và được áp dựng trong nhiều lĩnh vực đặc biệt là các ngành giao thông, thuỷ lợi…v.v Chính vì vậy, các chủ đầu tư còn rất phân vân khi quyết định lựa chọn phương án, mặc dù đã bị thuyết phục bởi các yếu tố khác như : giá thành hạ, tốc độ thi công nhanh, tính thẩm mỹ cao, dễ kiểm soát chất lượng và khối lượng…v.v

Do vậy việc nghiên cứu giải pháp xử lý ổn định mái công trình bảo vệ bờ có nền đất yếu bằng cừ bản bê tông cốt thép Dự ứng lực đáp ứng yêu cầu về kỹ thuật, kinh tế và thi công phù hợp với điều kiện Việt Nam hiện nay là nhu cầu rất thiết thực và cấp bách

II MỤC TIÊU, NHIỆM VỤ VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài

- Nghiên cứu về hình dạng, đặc tính kỹ thuật, điều kiện ứng dụng, quy trình và biện pháp thi công của công trình có sử dụng công nghệ Cừ bản bê tông cốt thép dự ứng lực

- Nghiên cứu tính toán sự làm việc của Cừ bản bê tông cốt thép dự ứng lực trong nền đất yếu

- Tính toán ứng suất – biến dạng cho công trình cụ thể được xử lý gia cố bằng

Cừ bản bê tông cốt thép dự ứng lực bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) theo

mô hình tính trên máy tính

2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đề tài tập trung nghiên cứu và áp dụng tính toán thiết kế cụ thể cho công trình

là xử lý ổn định mái cho tuyến kênh dẫn của Dự án : Nâng cấp, mở rộng cống Nam Đàn và hệ thống kênh tại tỉnh Nghệ An

III NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của công nghệ

- Nghiên cứu phương pháp tính toán ổn định, ứng suất, biến dạng của cừ bản

bê tông cốt thép dự ứng lực

- Nghiên cứu phương pháp thi công và các điều kiện ứng dụng

- Chọn công trình cụ thể để mô hình hóa tính toán

- Phân tích, so sánh và đánh giá kết quả đạt được

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ

CỪ BẢN BÊTÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC

1.1 G IỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ CỪ BẢN BTCT DỰ ỨNG LỰC

1.1.1 Giới thiệu chung

Đất nước ta đang trong quá trình xây dựng và phát triển mạnh mẽ đặc biệt trong lĩnh vực xây dựng nói chung Do đó xuất hiện nhiều vấn đề cần có các giải pháp mới tiên tiến để giải quyết như :

- Hầu hết các thành phố lớn, nhỏ ở nước ta đều có sông rạch, kênh mương, ao, hồ cần định kỳ nạo vét và phải xây bờ kè thì mới chống được sạt lở, tạo mỹ quan cho thành phố

- Rất nhiều con sông vừa và nhỏ, do nhiều nguyên nhân thường hay sạt lở, luôn có nhu cầu chỉnh trang, chống sạt lở, nhất là những vùng có đông dân cư

- Nhiều tỉnh, thành phố có bờ biển bồi có nhu cầu lấn biển ồ ạt, tạo thêm đất xây dựng bằng cách làm bờ kè rồi bơm cát, hoặc đổ đất đến cao trình cần thiết, sẽ trở thành đất xây dựng

- Những tỉnh, thành gần biển có nhu cầu giữ lại nước ngọt, ngăn mặn xâm nhập, ngăn triều cường làm ngập các khu dân cư cần phải xây dựng hệ thống đê

và đập với các cửa cống hai chiều để đóng- mở khi cần thiết, kết hợp với một số trạm bơm dự phòng để bơm nước ra vào những lúc mưa to và triều cường dâng cao Với công nghệ truyền thống, khi xây dựng các công trình cầu giao thông, bến cảng, đê đập, kênh mương, kè sông, kè biển trên nền đất yếu người ta dùng nhiều loại kết cấu khác nhau như: tường cừ gỗ, tường cừ thép, tường cừ bê tông cốt thép, tường cừ hỗn hợp, bờ kè bằng đá hộc tất cả đều có hiệu quả trong những trường hợp nhất định, song đối với trường hợp công trình có nền là đất yếu đặc biệt là có hiện tượng cát đùn cát chảy thì các giải pháp trên một là không giải quyết được hai

là cho giá thành quá cao thi công phức tạp thời gian thi công thường kéo dài gây ảnh hưởng đến sinh hoạt, cuộc sống của nhân dân trong khu vực công trình làm tăng giá thành công trình

Cách đây hơn 50 năm, Tập đoàn PS MITSUBISHI (Nhật Bản) đã nghiên cứu

và phát minh ra công nghệ cừ bản bê tông cốt thép dự ứng lực với kiểu dáng hình học có dạng lượn sóng của mặt cắt tiết diện để thay thế các công nghệ truyền thống trên Với các tính năng vượt trội công nghệ này đã được sử dụng rất rộng rãi và phổ biến trên thế giới

1.1.2 Các tính năng của công nghệ cừ bản BTCT dự ứng lực

Công nghệ cọc ván BTCT dự ứng lực có nhiều tính năng vượt trội như cường

độ chịu lực cao nhờ tiết diện dạng sóng và đặc tính dự ứng lực làm tăng độ cứng, khả năng chịu lực của ván Do được sản xuất tại công xưởng theo quy trình công nghệ tiên tiến của Nhật Bản nên chất lượng được kiểm soát chặt chẽ, giảm thiểu được khuyết tật, năng suất cao, chủng loại sản phẩm đa dạng, đáp ứng theo nhiều dạng địa hình và địa chất khác nhau

Tuổi thọ công trình cũng được nâng cao lên, bởi cọc ván BTCT dự ứng lực được sản xuất từ những vật liệu có cường độ cao, khả năng chịu lực tốt nên giảm được rất nhiều trọng lượng vật tư cho công trình, dễ thay thế cọc mới khi những cọc

cũ gặp sự cố Hơn nữa, cũng nhờ thép được chống gỉ, chống ăn mòn, không bị oxy hóa trong môi trường nước mặn cũng như nước phèn, chống được thẩm thấu nhờ sử dụng bằng vật liệu Vinyl cloride khá bền vững

Ngoài ra, giá thành công nghệ này dễ chấp nhận so với công nghệ truyền thống, thi công nhanh, dễ dàng và chính xác, không cần mặt bằng rộng, chỉ cần xà lan và cẩu, vừa chuyên chở cấu kiện vừa ép cọc là có thể thi công được Một ưu điểm nữa là trong xây dựng nhà cao tầng dùng móng cọc ép ở các thành phố, có thể dùng cọc ván BTCT dự ứng lực ép làm tường chắn chung quanh móng, để khi ép cọc, đất không bị dồn về những phía có thể gây hư hại những công trình kế cận làm nứt tường, sập đổ…

1.1.3 C ấu tạo cừ bản BTCT dự ứng lực

Cừ bản bê tông cốt thép dự ứng lực được cấu tạo từ 2 thành phần chủ yếu là bê tông và cốt thép Tùy thuộc vào loại kết cấu và yêu cầu của từng công trình có thể lựa chọn chủng loại phù hợp

- Thành phần cốt liệu của bê tông gồm :

+ Xi măng : Xi măng Porland đặc biệt cường độ cao

+ Cốt liệu (cát, đá) : dùng loại tiêu chuẩn kích thước không lớn hơn 20mm + Phụ gia : phụ gia tăng cường độ của bêtông thuộc nhóm G Đối với các công trình nằm trong môi trường mặn có thể dùng thêm phụ gia chống ăn mòn

+ Nước : Phải là nước sạch không có axít và các tạp chất khác

b Thép:

+ Thép chịu lực : là thép có cường độ cao thuộc nhóm SD40

+ Thép tạo ứng suất trong bê tông: Gồm các sợi cáp bằng thép loại SWPR –7B đường kính 12.7mm – 15.2mm

1.1.4 Kết cấu cừ bản bê tông cốt thép dự ứng lực

Theo các kết quả nghiên cứu để tăng khả năng chịu lực kết cấu và hình dáng được cấu tạo có dạng hình chữ C với chiều rộng của bản cừ là không thay đổi B=996mm còn các thông số khác như góc nghiêng của cánh bản, chiều dày và chiều dài cừ được thiết kế định hình và thay đổi tùy theo yêu cầu của từng công trình nên người thiết kế có thể dễ dàng lựa chọn được kích thước cừ phù hợp

1.1.5 Liên k ết giữa các tấm cừ bản BTCT dự ứng lực

Các tấm cừ bản bê tông cốt thép dự ứng lực được liên kết với nhau bằng khớp nối âm dương tạo thành một liên kết vững chắc Để đảm bảo điều kiện khít nước, đặc biết để ngăn chặn triện để khi gặp phải vùng địa chất có hiện tượng cát đùn, cát chảy giữa khớp nối sử dụng một vật liệu kín nước (Joint) được chế tạo bằng nhựa tổng hợp có độ bền rất cao Do bằng nhựa dẻo nên Joint không hề gây khó khăn trong quá trình thi công

Hình 1-2 : Cấu tạo của vật liệu kín nước tại khớp nối của Cừ

1.1.6 Tiêu chuẩn kỹ thuật của cừ bản BTCT dự ứng lực

Các thông số kỹ thuật của cừ được quy định theo tiêu chuẩn JISA -5354 (1993) của Ủy ban tiêu chuẩn chất lượng Nhật Bản Yêu cầu về thông số kỹ thuật

cơ bản của cừ được thể hiện qua cường độ bê tông [RR b R] và mômen chống uốn cho phép của cừ [MR c R]

+ Cường độ bê tông yêu cầu [RR b R] = 650-725 kg/cmP

2

P

+ Mômen chống uốn [MR c R] : Tùy thuộc từng loại kết cấu cừ

1.1.7 Các đặc tính kỹ thuật, kích thước tiêu chuẩn của các loại cừ

Để thuận lợi cho công tác ứng dụng trong thực tế đã nghiên cứu và sản xuất nhiều loại cừ với các thông số, đặc tính kỹ thuật và hình dạng khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu của mỗi công trình cụ thể

13

a 80 78 100 93.8 112.5 131.3 97 109 117.3 130 155 140 150

b 198 200 178 184.2 155.5 148.7 181 169 160.7 148 123 138 126

c 396 400 356 368.4 331 293.4 362 338 321.4 296 246 276 256

d 0 0 0 3.7 37.5 56 97 63 76 93 117 110 125

h 60 80 100 125 150 175 190 215 230 280 330 380 480

f 60 80 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

0.0624 0.0829 0.0881 0.1085 0.1160 0.1252 0.1243 0.1315 0.1468 0.1598 0.1835 0.1818 0.2078

Hình 1-3 : Kích thước hình học của mặt cắt ngang tại thân và đỉnh các loại Cừ

624 829 881 1085 1160 1252 1243 1315 1468 1598 1835 1818 2078

6.00 8.00 9.00 11.25 12.50 13.75 15.00 16.25 17.50 20.00 22.50 25.00 30.00

6.00 8.00 9.00 11.25 12.50 13.75 15.00 16.25 17.50 20.00 22.50 25.00 30.00

6912 16350 23547 45722 63041 84100 106003 134261 169432 248685 353354 462362 765907

1152 2044 2616 4064 5043 6117 7067 8262 9682 12434 15705 18494 25530

1152 2044 2616 4064 5043 6117 7067 8262 9682 12434 15705 18494 25530

3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 11.0 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 11.0 12.0

0.49 0.57 0.65 0.73 0.80 0.88 0.96 1.04 1.11 0.86 0.97 1.07 1.17 1.28 1.38 1.48 1.59 1.69 0.92 1.03 1.14 1.25 1.36 1.47 1.58 1.69 1.80 1.39 1.53 1.66 1.80 1.93 2.07 2.21 2.34 2.48 1.78 1.92 2.07 2.24 2.35 2.50 2.64 2.79 2.93 2.22 2.38 2.53 2.69 2.85 3.00 3.16 3.47 2.20 2.36 2.51 2.67 2.82 2.98 3.13 3.44 3.76

8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 9.0 9.5 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0

11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0 17.0

13.0 14.0 15.0 16.0 17.0 18.0 19.0 20.0 15.0 16.0 17.0 18.0 19.0 20.0 21.0

2.65 2.82 2.98 3.15 3.31 3.64 3.97 4.30 4.63 3.32 3.50 3.69 4.05 4.42 4.79 5.15 5.52 4.01 4.41 4.81 5.21 5.61 6.01 6.41

5.06 5.52 5.97 6.43 6.89 7.35 7.81

5.92 6.38 6.83 7.29 7.74 8.20 8.65 9.11 7.81 8.33 8.84 9.36 9.88 10.40 10.92 Chiề u dà i Trọng lượng

Hình 1-5 : Trọng lượng bản thân của các loại Cừ bản BTCT

1.2.1 Ứng dụng công nghệ cừ bản BTCT dự ứng lực trên thế giới

Từ khi Tập đoàn PS MITSUBISHI (Nhật Bản) phát minh ra loại “cừ BTCT dự ứng lực” với những tính năng và ưu điểm vượt trội so với các giải pháp truyền thống cũ giải pháp này đã được sử dụng để xây dựng rất có hiệu quả ở Nhật Bản với nhiều lĩnh vực trong đó chủ yếu là :

+ Công trình đường giao thông, cầu cảng biển

+ Kè bảo vệ chống xói lở bờ sông, biển

+ Tường chắn sóng, tường hướng dòng

+ Tường chống thấm trong thân đập, nền công trình thủy lợi, đê bao vũng lũ

Hình 1-7 : Ứng dụng cừ BTCT dự ứng lực trong xây dựng giao thông ở Nhật Bản

Hình 1-8 : Ứng dụng cừ BTCT dự ứng lực trong xây dựng giao thông ở Nhật Bản

Hình 1-9 : Ứng dụng cừ BTCT dự ứng lực trong xây dựng giao thông ở Nhật Bản

Hình 1-10 : Ứng dụng cừ BTCT dự ứng lực trong xây dựng ở Đức

1.2.2 Ứng dụng công nghệ cừ bản BTCT dự ứng lực ở Việt Nam

Cọc ván BTCT-DUL được ứng dụng lần đầu tiên tại Việt Nam khoảng năm 1999-2001 tại cụm công trình nhiệt điện Phú Mỹ - tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu, làm kênh dẫn nước giải nhiệt cho nhà máy tuốc bin khí với chiều dài trên 1.000m, chiều rộng 45m, chiều sâu 8,7m – với sự giúp đỡ của các nhà tư vấn Nhật Bản và đặc biệt sự hướng dẫn trực tiếp công nghệ thi công lắp đặt của Nhà sáng chế ra cọc ván BTCT-DUL – Tiến sĩ ITOSHIMA Hiện nay kênh này vẫn bền vững và Nhật đã chuyển giao công nghệ này cho ta

Hiện nay đặc biệt là vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long và khu vực Nam Bộ là những vùng có địa hình địa chất rất phức tạp do địa chất nền chủ yếu là loại trầm tích mềm yếu, khả năng chịu lực kém rất phù hợp để ứng dụng công nghệ này Với những tính năng ưu việt của mình ở nước ta trong những năm qua công nghệ này đã được ứng dụng rất rộng rãi với tốc độ phát triển nhanh và được áp dụng trên nhiều lĩnh vực như giao thông, thủy lợi, đê sông, đê, cảng biển.v.v

Ngay từ khi tiếp cận loại sản phẩm mới này, nhận ra tiềm năng ứng dụng rất lớn trong xây dựng các công trình hạ tầng, Công ty C&T đã nghiên cứu chế tạo ứng dụng cọc ván PC, để từ đây hình thành sự đột phá đem lại giải pháp mới cho các công trình kè bảo vệ bờ, chống sạt lở, các bến sông, kè biển, các công trình thuỷ lợi Bước phát triển tiếp theo: Từ năm 2005 – công ty C&T đã liên doanh với tập đoàn PS.MITSUBISHI đầu tư 01 nhà máy sản xuất Cấu Kiện Bê tông Đúc Sẵn trong đó cọc ván PC là sản phẩm chính chủ yếu, đáp ứng nhu cầu ngày càng gia tăng về sản phẩm này Đến nay đã có thêm công ty Bê tông 620 Châu Thới mua bản quyền công nghệ và cũng đã sản xuất loại Cừ thương phẩm này ra thị trường

Hình 1-11 : Ứng dụng Cừ làm kè kết hợp chỉnh trang đô thị (Long An)

Hình 1-12 : Ứng dụng Cừ làm kè bờ biển (Thị xã Hà Tiên)

Hình 1-13 : Ứng dụng Cừ làm kè lấn biển (Nhiệt điện Phú Mỹ)

Hình 1-14 : Ứng dụng Cừ làm cảng cầu tàu cập bến bờ biển

Hình 1-15 : Ứng dụng Cừ làm tường chắn sóng kết hợp xử lý nền cho đê biển

1.3 NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI

Hiện nay công nghệ Cừ ván BTCT Dự ứng lực đã được ứng dụng khá rộng rãi và phổ biến ở nước ta nhưng ngoài những tính năng ưu việt thì công nghệ này vẫn còn tồn tại một số những nhược điểm mà trong quá trình thiết kế người sử dụng rất cần phải có sự quan tâm đúng mực để đảm bảo tính an toàn, khả thi và kinh tế cho phương án chọn

+ Công nghệ chế tạo phức tạp trong quá trình sản xuất đòi hỏi phải có dây chuyền và công nghệ kiểm tra, giám sát chặt chẽ

+ Thi công đòi hỏi độ chính xác cao, thiết bị thi công hiện đại, máy móc thi công khá cồng kềnh (búa rung, búa thuỷ lực, máy cắt nước áp lực )

+ Do phải mua bản quyền công nghệ và được sản xuất tại nhà máy do đó phải vận chuyển đến công trình làm cho giá thành Cừ thành phẩm vẫn còn rất cao

+ Do cừ có chiều rộng khá lớn (B=996mm) nên khó thi công theo đường cong có bán kính nhỏ

+ Do mặt cắt ngang cừ có tiết diện khá lớn đối nên với những công trình có địa chất nền mà lớp đất yếu dày lại nằm hơi sâu, phía trên lại là lớp đất cứng cũng tương đối dày thì vấn đề thi công đóng cừ qua lớp đất cứng cũng sẽ gặp rất nhiều khó khăn và tốn kém

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ QUY TRÌNH THI CÔNG CỪ

BẢN BÊTÔNG CỐT THÉP DỰ ỨNG LỰC 2.1 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CỪ BẢN BTCT DỰ ỨNG LỰC

2.1.1 Tài liệu cơ bản và các bước tính toán

Tính toán thiết kế Cừ bản BTCT dự ứng lực có nhiều phương pháp khác nhau nhưng đều với một mục đích : Lựa chọn được quy mô cho kết cấu ứng với loại Cừ

bản BTCT phù hợp để vừa đảm bảo điều kiện an toàn, ổn định (chuyển vị, biến dạng ) vừa phải đảm bảo điều kiện kinh tế cho công trình

Để phục vụ công việc tính toán Cừ bản bê tông cốt thép dự ứng lực cần các tài liệu cơ bản sau :

+ Tài liệu khảo sát địa hình, địa chất công trình

+ Tài liệu thủy văn, thủy lực và chế độ dòng chảy tại khu vực công trình + Phương án bố trí và kết cấu công trình

+ Các đặc tính kỹ thuật của Cừ bản bê tông cốt thép dự ứng lực

Trình tự tính toán bao gồm những bước cơ bản sau :

- Bước 1: Tổng hợp và tính toán các số liệu cần thiết phục vụ cho tính toán (các chỉ tiêu cơ lý của tài liệu địa chất, thông số kỹ thuật của cừ )

- Bước 2: Lựa chọn và xây dựng sơ đồ tính toán (Tính thủ công hay bằng phần mềm thương mại)

- Bước 3: Tính toán các giá trị nội lực, biến dạng và chiều dài cừ

- Bước 4: Phân tích và so sánh các giá trị nội lực, biến dạng với các giá trị cho phép Nếu thỏa mãn lựa chọn loại cừ giả thiết làm phương án thiết kế nếu không phải tính lại với phương án cừ khác

- Bước 5: Thiết kế hệ thống neo, bộ phận giữ neo (Nếu cần phải có)

- Bước 6: Kiểm tra ổn định của cừ và nền

- Bước 7: Kết luận

2.1.2 Tính toán xác định nội lực và chiều dài cừ (Tính thủ công)

Theo giáo trình “Công trình Bến cảng ” Việc tính toán ổn định bản thân tường cừ bản dựa trên lý thuyết áp lực đất của Coulomn và Rankine Tường cừ bản

thường ở dạng thẳng đứng nên để đơn giản hóa, các tính toán được dựa trên một số giả thiết sau:

- Mặt đất trước và sau tường nằm ngang

- Không xét ma sát giữa đất và tường

- Tường xem như thẳng đứng

Trong đó : ϕ là góc ma sát trong của đất

Tùy thuộc loại kết cấu tường cừ và đất nền ta có thể áp dụng phương pháp tính toán sau để tính thiết kế cừ bản BTCT dự ứng lực

2.1.3 Trường hợp tường cừ bản không có neo

Tường cừ bản không neo được nghiên cứu theo sơ đồ sau đây : Theo phương hướng tính toán, ta xem tường cừ bản làm việc sẽ xoay quanh điểm O Mực nước trước và sau tường có độ cao bằng nhau nên áp lực nước tác dụgn lên cừ sẽ cân bằng do đó không cần xét đến trong tính toán

Để giảm áp lực đất tác động và thuận lợi cho khâu thi công, đất phía trước tường

để đắp trả thường được lựa chọn là đất cát Trong trường hợp tổng quát có thể đó là loại đất dính Ta xét 2 trường hợp:

2.1.3.1 Tường cừ được đóng vào trong đất cát

 Xác định chiều sâu đóng cừ

Biểu đồ phân bố áp lực đất thực tế theo (hình 2-1b) Để thuận lợi cho việc xác

lập công thức tính toán, ta đơn giản hóa sự phân bố áp lực đất theo đường thẳng

theo ( hình 2.1c)

Giả sử mực nước ở cách mặt đất một khoảng là LR 1 R, chiều cao là AD là L =

LR 1 R+LR 2 R đất đắp sau lưng tường cừ có góc ma sát trong là ϕ, ta có:

PR 1 R = γR 1 R.LR 1 R.kR a

γR 1 R: Trọng lượng riêng của đất

Tương tự như ở độ sâu z = LR1R+ LR2R ta có: pR2R = (γR1R.LR1 R+ γR2R.LR2R).kRa

γR 2 R: Trọng lượng đẩy nổi của đất

Áp lực đất chủ động tác động phía trước tường trong khoảng từ D đến O là:

PRaR = [γR1R.LR1 R+ γR2R.LR2 R+ γR2R(z – LR1R – LR2R)].kRa

Áp lực đất bị động tác động sau tường ở độ sâu z: PRpR = γR2R(z – LR1R – LR2R)kRp

γ ϕ

γ ϕ

Áp lực ròng tác dụng lên tường ở độ sâu z là:

P = pRa R– pRpR = (γR1R.LR1 R+ γR2R.LR2R).kRa R- γR2R(z – LR1R – LR2R)(kRpR – kRaR)

Áp lực ròng p giảm dần theo chiều sâu z tăng Ở độ sâu LR 3 Ráp lực đất ròng bằng 0

Theo hình vẽ 2.2 (a) ta có độ dốc của đường thẳng DEF có giá trị (kRpR – kRaR) γR2

2

2 3

)

p L

Để đảm bảo yêu cầu ổn định, ta xác lập hai phương trình cân bằng tĩnh học:

- Tổng lực ngang bằng 0

- Tổng momen lấy tại điểm B bằng 0

Từ điều kiện tổng hợp lực cân bằng ta có:

0)(

.2

1.2

1

4 3 5 4

p

P: Tổng hợp lực của phần diện tích ACDE

Từ điều kiện cân bằng moment đối với điểm B ta có :

3)(

.2

13

.2

1)

4 3 5 4

3 4 '

4

L p p L

L p L z

L

P

Từ các phương trình trên ta xác lập được phương trình để tìm LR 4 Rnhư sau:

0

. 34 2 24 3 4 41

4

4 + A L − A L −A L −A =

L

Trong đó:

2 2

2 5 ' 4

2 2

2

5 2

, 3

2 2

2

5 1

)(

).4 6(

)(

)(

2.6

)(

.8

)(

a p

a p

a p

a p

a p

k k

P p z P

A

k k

p k k z P A

k k

P A

k k

P A

γ

Bằng phương pháp “ thử dần ” ta sẽ tìm được giá trị LR 4 Rvà xác định được D Độ sâu đóng cừ thường lấy lớn hơn độ sâu tính theo lý thuyết từ 12 – 15% Chiều dài cừ được xác định theo biểu thức:

LRcừR = L +D (m)

Người ta có thể xác định hệ số an toàn thông qua việc giảm hệ số áp lực bị động và tính toán theo trình tự như trên

 Xác định nội lực của cừ

Căn cứ vào biểu đồ áp lực đất ta có thể xác định được Moment lớn nhất xảy

ra giữa điểm E và F Vị trí lực cắt triệt tiêu được xác định như sau:

hay Giá trị moment max được xác định theo công thức:

2.1.3.2 Tường cừ đóng vào đất sét

 Xác định chiều sâu đóng cừ

Trong trường hợp đóng vào đất sét ( ) hoặc tính toán đối với đất dính trong ngắn hạn trong điều kiện không thoát nước, ta có biểu đồ phân bố áp lực đất (như hình 2-3) Phần đất lấp trên mặt đất nạo vét được tính là đất cát

Biểu đồ áp lực đất phần phía trên mặt đất phía sau tường tính toán như trường hợp đã trình bày ở trên Phần áp lực đất ở độ sâu z lớn hơn L và trên điểm xoay O được tính như sau:

Giá trị áp lực đất chủ động phía trước tường:

Giá trị áp lực đất bị động phía sau lưng tường:

Do nên kR a R = kR p R =1 và:

Tương tự ở chân cừ ta có:

γ ϕ

γ ϕ

Kết hợp hai điều kiện trên ta có:

Giải phương trình bậc 2 trên ta sẽ tìm được giá trị chiều sâu D theo lý thuyết Giá trị D trong thực tế lấy từ (1,4 ÷ 1,6)D lý thuyết Từ đó chiều dài cừ thực tế được xác định theo biểu thức: LR cừ R = L + D

Giá trị moment max :

2.1.4 Trường hợp tường cừ bản có neo

Đối với tường cừ bản có neo khi tính toán ta chia ra hai trường hợp :

- Tường có neo đầu tự do

- Tường có neo đầu ngàm

Hình 2-4 : Tường cừ bản có neo (a) Tường cừ bản có neo đầu tự do; (b) Tường cừ bản có neo đầu ngàm

2.1.4.1 Đối với tường cừ bản có neo đầu tự do

γ ϕ

γ ϕ γ

Hình 2-5 : Tường cừ bản có neo đầu tự do đóng vào đất cát

Từ phương trình trên ta tìm được LR 4 R và từ đó tìm được độ sâu chôn cừ theo

lý thuyết: D = LR 3 R + LR 4

Độ sâu chôn cừ thực tế lấy bằng 1,3 ÷ 1,4 lần độ sâu chôn cừ lý thuyết Chiều dài cự thực tế xác định theo biểu thức: LR cừ R = L + D (m)

 Xác định nội lực trong thân cừ

Moment max xảy ra ở độ sâu z = LR 1 R đến z = L + LR 2 R, ta xác lập được công thức tính z ứng với vị trí có lực cắt bằng 0:

Từ phương trình trên tìm được z và xác định được moment max

U

b Tường cừ bản có neo đầu cừ tự do đóng vào trong đất sét (U )

Từ độ sâu z = 0 đến z = LR 1 R + LR 2 R ta có :

Áp lực đất

Từ điều kiện cân bằng tổng các lực theo phương ngang ta có :

Từ điều kiện cân bằng moment lấy tại điểm O ta có :

Hay

Từ đó ta tìm được D theo lý thuyết và moment max xảy ra ở vị trí LR 1 R < z < L + LR 2 R

và được xác định theo cách tính đã trình bày ở trên

γ ϕ

γ ϕ

γ ϕ=0

Hình 2-6 : Tường cừ bản có neo đầu tự do đóng vào đất sét

2.1.4 2 Tường cừ bản có neo đầu ngàm

Đối với tường cừ bản đầu ngàm, người ta giả thiết rằng chân cừ bị ngàm Biểu đồ phân bố áp lực đất ròng theo hình sau:

Phần áp lực đất ở GBH’HF được thay thế bằng lực tập trung P’ Để tính LR 4 R

người ta sử dụng phương pháp dầm cân bằng I là điểm uốn của dầm

Tại đây cọc được giả định là khớp và moment bằng 0 Khoảng cách giữa I và mặt đất nạo vét là LR 5 R

Blumn đã cho ra lời giải theo góc ma sát trong của đất và lập biểu đồ

γϕ

(a) Biểu đồ áp lực (b) Biều đồ moment

© Xác định chiều dài LR 4 R d) Góc ma sát của đất

Hình 2-7 : Tường cừ bản có neo đầu ngàm đóng trong đất cát

2.1.5 T hiết kế cừ bản BTCT dự ứng lực

Từ kết quả tính toán nội lực ở bước trên ta sẽ chọn được loại cừ thiết kế có tiết diện phù hợp với moment đã tính theo công thức :

w k m

Trong đó: MR tt R: moment tính toán

m : hệ số điều kiện làm việc

kR o R : Hệ số đồng nhất của vật liệu cừ

σ : Ứng suất ứng uốn- kéo của vật liệu cừ bản

W : Mođun chống uốn của tiết diện cừ

Từ đó tính được giá trị mmôđun chống uốn W để chọn loại cừ có kích thước hình học của tiết diện cừ bản BTCT dự ứng lực thiết kế phù hợp(W ≤ [WR c R])

2.1.6 Thiết kế thanh neo, bộ phận giữ neo và dầm ốp tường cừ

Do vật liệu cừ bản BTCT dự ứng lực có moment chống uốn hạn chế, do vậy để đảm bảo điều kiện kinh tế kỹ thuật, phần lớn các kết cấu công trình sử dụng cừ bản BTCT dự ứng lực có bố trí hệ thống neo

2.1.6.1 Thiết kế thanh neo

U

a.Tiết diện thanh neoU:

Thanh neo của cừ bản BTCT dự ứng lực thường bằng thép chịu lực cường độ cao hoặc bằng dầm BTCT chủ yếu chịu lực kéo đúng tâm nên tiết diện được kiểm tra theo khả năng đứt

{ }k

n m

R F

σ

.

=

Trong đó : m : hệ số điều kiện làm việc (m=0,80)

[σR k R] : Ứng suất kéo cho phép của thanh thép

b Chiều dài thanh neo:U

Chiều dài (LR max R) của thanh neo được tính theo công thức:

Trong đó: HR o R: Độ sâu lớp đất tại đó áp lực đất bằng 0

TR 2 R: Độ sâu lớp đất đến đáy bản neo

ϕ : góc ma sát trong của đất

Hình 2-8 : Sơ đồ tính chiều dài thanh neo

2.1.6.2 Thiết kế bộ phận giữ neo

Bộ phận giữ neo cừ bản BTCT dự ứng lực có thể là : bản neo tường neo hoặc cọc neo Trong thực tế kết cấu bộ phận giữ neo cừ bản BTCT dự ứng lực thường là tường neo, bản neo và cọc neo Do thời gian có hạn nên trong luận văn chỉ đề cập đến tính toán bộ phận giữ neo có kết cáu dạng tường neo Việc tính toán chi tiết tường neo sẽ được thể hiện cụ thể ở trong chương 3

2.1.7 Kiểm tra ổn định của tường cừ và đất nền

2.1.7.1 Kiểm tra lật đối với điểm neo

Cừ có neo được ổn đinh nếu tổng moment lật và tổng moment giữ đối với

điểm neo thỏa mãn điều kiện (Hình 2.9)

MRl R≤ m.MRg

MRl R= ERaR.l + HRwR.a

MRg R= ERpR.S + T.(H-hRkR+t)

Trong đó: m : Hệ số điều kiện làm việc

MR l R: Tổng moment lật quanh điểm neo

MR g R: Tổng moment giữ quanh điểm neo

ER a R : Tổng áp lực chủ động của đất

ER p R : Tổng áp lực bị động của đất

L : Cánh tay đòn của lực ER a Rđối với điểm neo

S : Cánh tay đòn của lực ER p Rđối với điểm neo

Hình 2-9 : Sơ đồ tính toán ổn định lật tường cừ

HR w R: Tổng áp lực sóng tính với thời điểm đáy sóng chạm tường

a : Cánh tay đòn của HR w Rđối với điểm neo

H : Chiều cao trước bến

HR k R: Khoảng cách từ mặt bến đến điểm đặt neo

T : Chiều sâu chôn cừ

T : Lực ma sát ở mũi cừ tính cho cừ có tiết diện lớn và cừ cọc trụ ống

T = Q.tgϕ

Q : Trọng lượng cừ

2.1.7.2 Kiểm tra ổn định trượt phẳng

Trượt phẳng của cừ có neo được xét đến cả khối đất giữa cừ và bản neo

(Hình 1.10) điều kiện để ổn định là:

Với ER a R; ER p R; m – Có ký hiệu như trên, trị số m=1,2

Hình 2-10 : Sơ đồ tính toán ổn định trượt phẳng tường cừ

WR i Rvới I = 1 ; 2 ; 3 ; … n-1, lực gây trượt trong từng nguyên tố thứ I có chiều rộng bR i Rnằm trong lăng thể trượt chủ động của đất do chính trọng lượng bản thân GR i R lực dính CR i R, góc trượt αR i R = (45P

2.1.7.3 Kiểm tra ổn định trượt cung tròn

a Tổng hợp tải trọng

Theo tiêu chuẩn TCXDVN 285-2002, ổn định tổng thể tường cừ được tính theo trạng thái giới hạn Theo đó, mức độ an toàn của công trình về mặt ổn định chống trượt đươc đánh giá thông qua hệ số an toàn như sau:

Trong đó:

KR min R: Hệ số an toàn nhỏ nhất được tính toán,

R : Tổng các lực tác động chống trượt,

N : Tổng các lực gây trượt,

[KR cp R] : Hệ số an toàn tối thiểu cho phép, được tính theo KR H R, nR c R và m,

KR H R : Hệ số tin cậy phụ thuộc cấp công trình,

nR c R : Hệ số tổng hợp tải trọng,

m : Hệ số điều kiện làm việc

Công trình chỉ được xem là đảm bảo an toàn chống trượt nếu thỏa mãn:

KRminR ≥ [KRcpR]

b Phương pháp tính toán

Để tính ổn định cho mái dốc dùng phương pháp tính hệ số an toàn chống trượt theo lý thuyết cung trượt trụ tròn vẫn được dùng phổ biến để đánh giá ổn định của các mái dốc trong các công trình

Nội dung của phương pháp đó như sau: Xét hai bài toán phẳng, chọn trước

một cung trượt của mái đất (hoặc của nền) và khảo sát sự cân bằng của lăng thể trượt này (Xem như vật thể không biến dạng)

Để kiểm tra sự cân bằng của lăng thể trượt này, trước tiên người ta phân mảnh lăng thể trượt bằng các mặt song song thẳng đứng

Giả sử xét một mảnh I nào đó, trọng lượng gR i R của mảnh (bao gồm trọng lượng ngoài nếu có) được phân tích ra thành 2 thành phần lực gR i R.sinαR i R đẩy trượt

mảnh đó, ngược lại lực gRiR.cosαRiR gây ra ma sát gRiR.cosαRiR.tgϕ giữ mảnh đó lại Ngoài

ra, lực dính trên đoạn cung ∆lR i R của mảnh đó là C.∆lRiR cũng có tác dụng giữ nó lại Lấy moment đối với tâm trượt O ta có:

+ Moment đẩy trượt lăng thể đất:

+ Moment giữ lăng thể đất:

Hình 2-11 : Sơ đồ tính toán ổn định trượt cung tròn Vậy ta có thể đánh giá mức độ ổn định của mái đất quan hệ số ổn định K, trị

số của nó là:

2.1.8 Kết luận

Từ các kết quả tính toán trên lựa chọn được hình thức kết cấu phù hợp cho Cừ bản bê tông cốt thép dự ứng lực các hạng mục của công trình

2.2 QUY TRÌNH THI CÔNG CỪ BẢN BTCT DỰ ỨNG LỰC

Quy trình thi công cừ bản BTCT dự ứng lực được thể hiện theo sơ đồ vẽ sau