NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP CHỐNG ĐỠ TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO BẰNG KẾT CẤU NGANG KHÔNG SỬ DỤNG KINGPOST LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Hiện nay trong thi công công trình ngầm có rất nhiều giải pháp thi công khác nhau để chống đỡ tường vây hố đào sâu khi thi công kết cấu công

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐỖ ĐÌNH SÁNH

NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP CHỐNG ĐỠ TƯỜNG

CHẮN HỐ ĐÀO BẰNG KẾT CẤU NGANG

KHÔNG SỬ DỤNG KINGPOST

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Đà Nẵng – Năm 2019

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin được gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô đã giảng dạy trong Trường ĐH Bách Khoa Đà Nẵng chương trình Cao học Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp K35, những người đã truyền đạt cho tôi những kiến thức chuyên ngành hữu ích, làm cơ sở cho tôi thực hiện tốt luận văn này

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Lê Khánh Toàn, người đã tận tình

hướng dẫn cho tôi thực hiện đề tài này Mặc dù trong quá trình thực hiện luận văn gặp nhiều khó khăn khi tiếp cận những vấn đề mới, nhưng nhờ sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của Thầy đã giúp tôi định hướng vấn đề nghiên cứu và hoàn thành đề tài này Những tài liệu Thầy cung cấp và giới thiệu có ý nghĩa quan trọng, giúp ích cho tôi rất nhiều trong việc thực hiện đề tài này

Sau cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình đã luôn tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình học cũng như thực hiện luận văn Do thời gian có hạn

và kinh nghiệm nghiên cứu khoa học chưa nhiều nên luận văn còn nhiều thiếu sót, rất mong nhận được ý kiến góp ý của các thầy cô và các anh chị học viên

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Đỗ Đình Sánh

HỐ ĐÀO BẰNG KẾT CẤU NGANG KHÔNG SỬ DỤNG KINGPOST Học viên: Đỗ Đình Sánh Chuyên ngành: Kỹ thuật XD công trình DD&CN

Mã số: 85.80.201 Khóa: K35 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt - Hiện nay trong thi công công trình ngầm có rất nhiều giải pháp thi công

khác nhau để chống đỡ tường vây hố đào sâu khi thi công kết cấu công trình từ dưới lên đã và đang được sử dụng rộng rãi Trong luận văn, tác giả đã giới hạn phạm vi nghiên cứu hố đào sâu tầng hầm công trình có bề rộng hố đào ≤ 20 m trong điều kiện địa chất ở thành phố Đà Nẵng, sử dụng hệ hệ chống ngang bằng ống thép, không sử dụng kingpost để chống đỡ tường chắn hố đào

Nghiên cứu đã đề xuất quy trình thi công chống đỡ tường chắn hố đào của công trình có 3 tầng hầm, sử dụng hệ chống ngang bằng các ống thép, không sử dụng kingpost… Từ quy trình thi công đề xuất, tác giả tiến hành tính toán khả năng chịu lực của hệ kết cấu chống đỡ này dựa trên một số giả thiết ban đầu về cấu tạo, chi tiết liên kết Tác giả cũng đề xuất cấu tạo ống chống và chi tiết liên kết để đảm bảo thuận tiện cho thi công cũng như đáp ứng yêu cầu chịu lực Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng ống thép chống đỡ tường vây hố đào là hoàn toàn hoàn toàn khả thi và có thể áp dụng trong thực tế thi công

Từ khóa - Ống thép, shoring-kingpost, tường vây; thi công chống đỡ tường vây,

ống thép chịu nén uốn đồng thời

RESEARCHING METHOD TO SUPPORT DIAPHRAGM WALL WITH HORIZONTAL STRUCTURE NOT USING KINGPOST Abstract - Nowaday, to construct underground works, there are many different

methods of execution to support retaining wall of deep excavation when constructing from the bottom up In the thesis, the author has limited the scope of study of deep excavation for the basement with the width of pit ≤ 20 m in geological conditions in Da Nang city, using the horizontal support system from steel pipes to support the diaphragm wall

The study has proposed the construction process to support the diaphragm wall of the pit of a work with 3 basements, using the horizontal support system of steel pipes, not using kingpost From the proposed construction process, the author conducted calculating the bearing capacity of this supporting structure based on some initial assumptions about structure, connection details, etc The author also proposed the structure of the support tube and the connection details to ensure the convenience for the construction as well as load-bearing requirements of this structure The research results show that the using of steel pipes to support the excavated diaphragm wall can be applied in actual construction

Key words - steel pipe, shoring-kingpost, diaphragm wall; Construction of

supporting the diapragm wall, steel pipe subjected bending-compression

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 3

5 Bố cục luận văn 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG ĐỠ TƯỜNG CHẮN ĐẤT HỐ ĐÀO SÂU TRONG THI CÔNG 4

1.1 Các giải pháp chống đỡ tường chắn hố đào sâu khi thi công các kết cấu công trình từ dưới lên 4

1.1.1 Giải pháp sử dụng neo ứng suất trước trong đất 5

1.1.2 Giải pháp sử dụng hệ Shoring-kingpost 6

1.2 Chống đỡ tường chắn hố đào sâu bằng hệ kết cấu chống ngang không sử dụng kingpost 9

1.3 Kết luận chương 1 16

CHƯƠNG 2: CÁC CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TƯỜNG CHẮN ĐẤT VÀ PHẦN MỀM SỬ DỤNG 18

2.1 Lý thuyết tính toán tường chắn hố đào sâu 18

2.1.1 Ba loại áp lực đất lên tường chắn 18

2.1.2 Tính áp lực đất theo lý thuyết W.J.W.Rankine 19

2.1.4 Tính toán áp lực đất theo lý luận V.V.Xoclovxki 24

2.1.5 Áp lực tác dụng lên tường bê tông cốt thép trong một số trường hợp riêng 26

2.2 Tính toán cấu kiện chịu nén đúng tâm, chịu nén uốn theo Tiêu chuẩn Việt Nam 29 2.2.1 Tính toán về bền 29

2.2.2 Tính toán về ổn định 29

2.2.3 Tính toán bền với cấu kiện chịu nén uốn 32

ĐÀO BẰNG KẾT CẤU NGANG KHÔNG SỬ DỤNG KINGPOST 36

3.1 Công trình và thông số địa chất 36

3.1.1 Giới thiệu công trình 36

3.1.2 Thông số địa chất công trình 36

3.1.3 Mô hình các phần tử công trình và thông số mô hình 37

3.1.3.1 Thông số và các đặc trưng vật liệu của tường vây 37

3.1.3.2 Thông số, các đặc trưng vật liệu của hệ chống mô hình trong Plaxis 37

3.1.4 Tải trọng phụ thêm 37

3.2 Xây dựng mô hình tính toán theo giai đoạn thi công trong Plaxis 37

3.2.1 Đề xuất các giai đoạn thi công tầng hầm 37

3.2.2 Quá trình mô hình hóa công trình và các giai đoạn thi công trong plaxis 41

3.3 Tính toán lựa chọn tiết diện ống chống 43

3.3.1 Kết quả xác định nội lực trong các kết cấu 43

3.3.2 Kiểm tra khả năng chịu tải của ống thép 45

3.3.2.1 Các thông số vật liệu của ống thép 45

3.3.2.2 Tính toán kiểm tra khả năng chịu lực của thanh chống 46

3.4 Đề xuất cấu tạo ống và các chi tiết liên kết khác 53

3.5 Kết luận chương 3 55

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56

1 Kết luận 56

2 Kiến nghị 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

Bảng 2.1 Hệ số áp lực đất chủ động theo lời giải của lý thuyết Xoclovxki 26

Bảng 2.2 Hệ số áp lực đất bị động theo lời giải của lý thuyết Xoclovski 26

Bảng 2.3 - Hệ số uốn dọc  của cấu kiện chịu nén đúng tâm 30

Bảng 2.4 - Giá trị của hệ số  31

Bảng 2.5 - Giá trị của hệ số c 31

Bảng 2.6: Hệ số thấm của các loại đất 33

Bảng 2.7 Các đặc trưng cơ học của vật liệu tường vây được mô hình hóa trong Plaxis 34

Bảng 2.8 Các đặc trưng cơ học của vật liệu thanh chống mô hình hóa trong Plaxis 34

Bảng 3.1 Các thông số về đất được sử dụng khi mô hình trong Plaxis 36

Bảng 3.2 Các thông số của tường vây được khai báo trong phần mềm Plaxis 8.2 37

Bảng 3.3: Các thông số của thanh chống được khai báo trong phần mềm Plaxis 37

Bảng 3.4 Cường độ tiêu chuẩn, fy và cường độ tính toán, f 46

Bảng 3.5 Giá trị bán kính quán tính tiết diện ống, i (m) 47

Bảng 3.6 Giá trị độ mảnh  48

Bảng 3.7 Giá trị độ mảnh quy ước 48

Bảng 3.8 Giá trị tải trọng bản thân của các trường hợp ống (kN/m) 49

Bảng 3.9 Giá trị mô men kháng uốn các trường hợp (cm3) 49

Bảng 3.10 Giá trị mô men uốn trong các trường hợp (kNm) 50 Bảng 3.11 Giá trị ứng suất trong ống chống lớp 3 (daN/cm2), lực dọc N = 1471 kN 50

Bảng 3.12 Giá trị ứng suất trong ống chống lớp 2 (daN/cm2), lực dọc N = 1209 kN 51

Bảng 3.13 Giá trị ứng suất trong ống chống lớp 1 (daN/cm2), lực dọc N = 507.5 kN 52

Hình 1 Chống đỡ tường vây công trình ngầm bằng hệ shoring - kingpost 1

Hình 2 Sử dụng dầm Bailey chống đỡ tường chắn hố đào sâu 2

Hình 1.1 Đặc điểm cấu tạo neo ứng suất trước trong đất (neo phụt) 6

Hình 1.2 Chống đỡ tường vây công trình ngầm bằng hệ Shoring-kingpost 7

Hình 1.3 Các bước thi công đào đất cho công trình 3 tầng hầm, sử dụng hệ shoring - kingpost chống đỡ tường vây - Thi công các kết cấu phần ngầm từ dưới lên 8

Hình 1.4 Sử dụng dầm Bailey chống đỡ theo một phương tường chắn hố đào sâu [1] 9 Hình 1.5 Sử dụng hệ dầm Bailey có nút trực giao chống đỡ tường vây hố đào sâu theo cả hai phương [2] 10

Hình 1.6 Đào đất và thi công lớp văng chống thứ nhất bằng dầm Bailey [1] 11

Hình 1.7 Đào đất và thi công lớp văng chống thứ hai bằng dầm Bailey [1] 12

Hình 1.8 Đào đất và thi công lớp văng chống thứ ba bằng dầm Bailey [1] 13

Hình 1.9 Đào đất đến đáy móng, thi công móng và sàn tầng hầm đáy [1] 13

Hình 1.10 Tháo lớp văng chống thứ 3, thi công cột, vách và sàn tầng hầm hai [1] 14

Hình 1.11 Tháo lớp chống thứ hai, thi công cột, vách, sàn tầng hầm một [1] 15

Hình 1.12 Tháo lớp chống thứ nhất, thi công cột, vách, sàn tầng hầm mặt đất [1] 15

Hình 1.13 Chi tiết dầm Bailey chống vào dầm phụ bố trí sát tường vây [1] 16

Hình 1.14 Hệ giằng chéo, khung định vị ngang và thanh tăng cứng cấu tạo trên dầm hệ dầm Bailey song song [1] 16

Hình 2.1 Ba loại áp lực đất lên tường chắn (nét đứt là vị trí ban đầu của tường chắn, nét liền là vị trí của tường chắn dưới tác dụng của áp lực đất) 18

Hình 2.2 Trạng thái chủ động và bị động Rankine 19

Hình 2.3 Tính áp lực đất chủ động và bị động Rankine 21

Hình 2.4 Tính áp lực đất chủ động Coulomb 22

Hình 2.5 Tính áp lực đất bị động Coulomb 23

Hình 2.6 Ba trường hợp xảy ra của mặt trượt thứ hai 24

Hình 2.7 Vị trí chia vùng các điểm và hình dạng mặt trượt 25

Hình 2.8 Tính áp lực chủ động và bị động của đất gồm nhiều lớp 28

Hình 2.9 Tính áp lực đất chủ động khi trên mặt đất có tải trọng phân bố 28

Hình 3.1 Đào đất đến cao độ mặt sàn tầng hầm 1, thi công lớp ống chống thứ nhất 38

Hình 3.2 Đào đất đến cao độ mặt sàn tầng hầm 2, thi công lớp ống chống thứ hai 39

Hình 3.3 Đào đất đến cao độ mặt sàn tầng hầm 3, thi công lớp ống chống thứ ba 39 Hình 3.4 Đào đất đến cote bê tông lót, thi công móng, dầm móng và sàn tầng hầm 3 40 Hình 3.5 Tháo lớp ống chống thứ ba, thi công cột, vách tầng hầm 3, sàn tầng hầm 2 40

41

Hình 3.7 Tháo lớp ống chống thứ hai, thi công cột, vách tầng hầm 1, sàn mặt đất 41

Hình 3.8 Tường vây và gán tải phụ thêm trên mô hình 41

Hình 3.9 Hạ nước ngầm đến cote -4,0 m, đào đất đợt 1, thi công lớp ống chống 1 42

Hình 3.10 Hạ nước ngầm đến cote -8,0 m, đào đất đợt 2, thi công lớp ống chống 2 42

Hình 3.11 Hạ nước ngầm đến cote -11,0 m, đào đất đợt 3, thi công lớp ống chống 3 42 Hình 3.12 Hạ nước ngầm đến cote -13,0 m, đào đất đợt 4 đến cote đáy bê tông lót 43

Hình 3.13 Mô men, lực cắt và chuyển vị lớn nhất trên tường vây 43

Hình 3.14 Lực dọc lớn nhất trong lớp ống chống thứ nhất 44

Hình 3.15 Lực dọc lớn nhất trong lớp ống chống thứ hai 44

Hình 3.16 Lực dọc lớn nhất trong lớp ống chống thứ ba 45

Hình 3.17 Ứng suất trong các ống chống lớp 3 (daN/cm2), lực dọc N = 1471 kN 51

Hình 3.18 Ứng suất trong các ống chống lớp 2 (daN/cm2), lực dọc N = 1209 kN 52

Hình 3.19 Ứng suất trong ống chống lớp 1 (daN/cm2), lực dọc N = 507.5 kN 53

Hình 3.20 Cấu tạo hệ ống chống và dầm phụ 54

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Giải pháp sử dụng hệ chống ngang và cột chống tạm (hệ shoring - kingpost) để chống đỡ tường vây hố đào sâu khi thi công kết cấu công trình từ dưới lên đã và đang được sử dụng rộng rãi hiện nay (Hình 1)

Hình 1 Chống đỡ tường vây công trình ngầm bằng hệ shoring - kingpost

Theo đó, khi thi công cọc khoan nhồi của móng công trình, các cột tạm (king - post) để đỡ hệ dầm ngang phải được cắm sâu vào cọc khoan nhồi Trong nhiều trường hợp, vì vị trí các cọc khoan nhồi không phù hợp với vị trí cột chống tạm, do đó không đảm bảo yêu cầu chịu lực thì người ta thi công riêng cọc nhồi bê tông (cọc biện pháp) để neo giữ cột chống tạm Hệ cột chống tạm sẽ được thu hồi một phần (phần không cắm vào cọc nhồi hoặc không trùng với cột của tầng hầm công trình) sau khi đã thi công xong hệ cột dầm sàn tương ứng và đủ cường độ theo thiết kế

Giải pháp này có một số nhược điểm: không thể thu hồi đầy đủ hệ cột tạm do cột tạm cắm vào cọc nhồi hoặc cọc tạm trùng với cột của tầng hầm công trình; gây cản trở đến quá trình đào đất, thi công đổ bê tông kết cấu dầm sàn; kéo dài thời gian thi công

Hiện nay một số doanh nghiệp, khi thi công hố đào sâu, đã ứng dụng dầm Bailey chống đỡ tường chắn hố đào sâu với khả năng vượt nhịp khá lớn mà không sử dụng cột chống tạm (Hình 2) Dầm Bailey thường được dùng làm cầu và sàn đạo trong xây dựng các công trình giao thông, trong đó chức năng của dầm Bailey chủ yếu là chịu uốn, đây là loại dầm thép tổ hợp tiết diện lớn (tiết diện chữ nhật 1,5 m × 0,55 m trọng lượng nhẹ

Hình 2 Sử dụng dầm Bailey chống đỡ tường chắn hố đào sâu

Thực tế khi sử dụng dầm Bailey chống đỡ tường chắn hố đào sâu mà không sử dụng cột chống tạm có nhiều ưu điểm: đáp ứng các yêu cầu chịu lực, đảm bảo ổn định, giảm chuyển vị ngang của tường chắn; thuận tiện cho việc thi công đào đất, đặc biệt là

cơ giới hóa thi công đào đất, giúp rút ngắn thời gian thi công; thuận tiện cho thi công

đổ bê tông, đảm bảo tính toàn khối hệ kết cấu dầm sàn; không sử dụng hệ cột tạm nên tiết kiệm thời gian thi công, giảm chi phí cột tạm Dầm Bailey nhẹ, được chế tạo thành

mô đun ngắn có trọng lượng không lớn, dễ dàng lắp đặt, tháo dỡ

Tuy nhiên, dầm Bailey là dầm đặc thù trong thi công cầu, không phổ biến Do

đó cần thiết phải nghiên cứu chế tạo loại dầm có khả năng chịu lực và thuận tiện trong thi công chống đỡ tường chắn hố đào sâu, có vai trò tương tự dầm Bailey, có thể chế tạo dễ dàng từ các vật liệu thông thường Đây là lý do đề tác giả thực hiện nghiên cứu:

“Nghiên cứu biện pháp chống đỡ tường chắn hố đào bằng kết cấu ngang không sử dụng kingpost ”

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Tính toán khả năng chịu lực của hệ chống ngang không sử dụng cột chống

tạm để chống đỡ tường chắn hố đào sâu

- Đề xuất cấu tạo hệ chống ngang không sử dụng cột chống tạm chống đỡ tường chắn hố đào sâu

- Đề xuất quy trình thi công

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Cấu tạo và khả năng chịu lực của hệ chống ngang bằng

ống thép để chống đỡ tường chắn hố đào sâu

- Phạm vi nghiên cứu: Hố đào sâu tầng hầm công trình vượt nhịp ≤ 20 m trong

điều kiện địa chất ở thành phố Đà Nẵng

4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu lý thuyết tính toán tường chắn

- Áp dụng bài toán số cho công trình cụ thể tại Đà Nẵng

5 Bố cục luận văn

Mở đầu

1 Lí do chọn đề tài

2 Mục tiêu nghiên cứu

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4 Phương pháp nghiên cứu

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG ĐỠ TƯỜNG

CHẮN ĐẤT HỐ ĐÀO SÂU TRONG THI CÔNG

Tốc độ phát triển đô thị rất nhanh ở các thành phố lớn của nước ta như Thủ đô

Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, Thành phố Đà Nẵng trong những năm qua làm cho diện tích đất xây dựng ngày càng bị thu hẹp đáng kể Để đáp ứng nhu cầu xây dựng các công trình phục vụ cho đời sống dân sinh ở các thành phố đã và đang khai thác không gian ngầm dưới mặt đất như các công trình dân dụng từ 1-6 tầng hầm, công trình giao thông sử dụng tàu điện ngầm sâu dưới mặt đất đến hàng chục mét; để sử dụng có hiệu quả không gian ngầm và đảm bảo an toàn các công trình lân cận, việc nghiên cứu, phân tích đánh giá các giải pháp thiết kế thi công các loại công trình này là hết sức cần thiết

Việc xây dựng tầng hầm trong nhà cao tầng là điều rất bình thường, nó trở nên quen thuộc mỗi khi thiết kế và thi công vì nó giải quyết được các nhu cầu thực tế do nhà cao tầng đặt ra Ở Việt Nam, nhà cao tầng có tầng hầm xuất hiện nhiều những năm gần đây Đà Nẵng cũng không ngoài xu thế phát triển các công trình với nhiều tầng hầm Trong khoảng một chục năm gần đây, tại Đà Nẵng đã tiến hành xây dựng và đưa vào khai thác sử dụng một số công trình có nhiều tầng hầm như: Trung tâm Hành chính thành phố Đà Nẵng (2 tầng hầm); bãi đỗ xe ngầm (2 tầng hầm); tòa nhà BIDV

1.1 Các giải pháp chống đỡ tường chắn hố đào sâu khi thi công các kết cấu công trình từ dưới lên

Phương pháp thi công các bộ phận kết cấu công trình từ móng đến mái là phương pháp cổ điển, rất phổ biến, được áp dụng khi chiều sâu hố đào không lớn

Theo phương pháp này thì toàn bộ hố đào được đào đến độ sâu đặt móng, có thể dùng thủ công hay cơ giới tùy thuộc vào độ sâu hố đào, tình hình địa chất thủy văn, khối lượng đất cần đào, khả năng cung cấp máy móc thiết bị và nhân lực của đơn vị thi công Quá trình đào đất cần sử dụng các biện pháp để bảo vệ tường chắn hố đào Sau khi đào tới đáy móng hoặc đáy các công trình ngầm, người ta tiến hành thi công các kết cấu theo trình tự thi công thông thường từ dưới lên trên Thi công theo phương pháp này cần sử dụng các biện pháp khác nhau để đảm bảo ổn định thành hố đào

Hiện tượng mất ổn định thành hố đào là do trạng thái cân bằng của nền đất bị

phá vỡ Khi đất nền ổn định, tại một điểm trong lòng đất tồn tại các giá trị ứng suất theo 3 phương pháp x, y, z Khi đào đất thành phần ứng suất ở thành hố đào theo phương ngang bị triệt tiêu, làm mất đi sự cân bằng ban đầu, lúc này xuất hiện các mặt trượt đẩy đất vào trong hố đào Nếu cạnh hố đào còn có các tải trọng khác, chẳng hạn như các công trình có sẵn, thiết bị máy móc thi công thì giá trị dịch chuyển này sẽ tăng lên

Nếu hố đào được bảo vệ bằng tường cừ, đất sẽ tác dụng lên tường cừ một áp lực, dưới tác dụng của áp lực này tường cừ sẽ bị dịch chuyển, giá trị dịch chuyển ngang của tường cừ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, quan trọng nhất là chiều sâu của hố đào, độ cứng của tường cừ, chất lượng đất nền, thời gian đào đất trong hố, cách bố trí

và thời gian lắp đặt hệ chống đỡ

Khi thi công tầng hầm cho các công trình nhà cao tầng trong đô thị, một vấn đề phức tạp đặt ra là giải pháp thi công hố đào sâu trong khu đất chật hẹp liên quan đến các yếu tố kỹ thuật và môi trường Thi công hố đào sâu làm thay đổi trạng thái ứng suất, biến dạng trong đất nền xung quanh khu vực hố đào và có thể làm thay đổi mực nước ngầm dẫn đến nền đất bị dịch chuyển và có thể lún gây hư hỏng công trình lân cận nếu không có giải pháp thích hợp

Các giải pháp bảo vệ thành hố đào thường được áp dụng là: tường cừ thép, tường cừ cọc xi măng đất, tường Barrette Yêu cầu chung của tường chắn là phải đảm bảo về cường độ cũng như độ ổn định dưới tác dụng của áp lực đất và các loại tải trọng khác nhau Do đó, tường chắn được thiết kế cắm sâu vào đất và được chống đỡ bằng nhiều giải pháp như: neo ứng suất trước trong đất; chống đỡ từ trong lòng hố đào theo nhiều cách khác nhau theo chiều sâu của hố đào

1.1.1 Giải pháp sử dụng neo ứng suất trước trong đất

Neo ứng suất trước trong đất đã được ứng dụng tương đối phổ biến ở trong nước cũng như trên thế giới và chứng minh được khả năng chịu lực, kiểm soát chuyển

vị, thuận tiện cho thi công Phương pháp này được áp dụng khi ta cần không gian để thi công trong lòng hố đào Việc đặt neo tuỳ thuộc vào lực căng mà có thể neo trên mặt đất hay neo ngầm vào trong đất Trường hợp neo ngầm, khi đào đến đâu người ta khoan xuyên qua tường bao để chôn neo và cố định neo vào tường Với phương pháp này tường được giữ với ứng lực trước nên hầu như là ổn định hoàn toàn Khi tầng hầm

đã được xây dựng xong, tường được giữ bởi hệ kết cấu tầng hầm, lúc này neo sẽ được dỡ đi hoặc để lại tùy theo sự thoả thuận của chủ đầu tư với các công trình bên cạnh, cũng như công nghệ sử dụng có cho phép thu hồi neo hay không Nếu tường bao hở (không liên kết với kết cấu tầng hầm) thì các neo sẽ vẫn được giữ nguyên và làm việc lâu dài, lúc này nó cần được bảo vệ cẩn thận

Ở Việt Nam, neo ứng suất trước trong đất đã được ứng dụng tương đối phổ

biến Tại Hà Nội, tầng hầm các công trình Toà nhà Tháp Vietcombank và Khách sạn Sun Way đã được thi công theo công nghệ này Tại Đà Nẵng, neo ứng suất trước trong đất đã được ứng dụng thi công tầng hầm công trình căn hộ khách sạn VinPearl, tổ hợp công trình Soleil Ánh Dương rất có hiệu quả, đáp ứng tốt các yêu cầu thi công cũng như đảm bảo an toàn cho quá trình thi công và công trình lân cận Neo trong đất có nhiều loại, tuy nhiên dùng phổ biến trong xây dựng tầng hầm nhà cao tầng là neo phụt

i ng xung quanh công nh

n do

Nhược điểm

Công nghệ mới, phức tạp, ít phổ biến; bị ảnh hưởng bởi các công trình lân cận; không thi công được trong nền đất yếu; giá thành thi công cao

1.1.2 Giải pháp sử dụng hệ Shoring-kingpost

Sử dụng hệ cột chống tạm và các thanh chống ngang (hệ Shoring-kingpost) để chống đỡ tường vây Hệ chống tạm được thi công cắm vào trong cọc nhồi tại thời điểm thi công cọc nhồi Đối với các công trình có số tầng hầm ít, hệ chống tạm có thể được thiết kế cắm trực tiếp trong nền đất hoặc cắm vào cọc nhồi biện pháp do đơn vị thi công thiết kế cụ thể mà không cần cắm vào cọc nhồi Dùng hệ dầm và cột chống văng giữa các tường đối diện Hệ dầm và cột này thường được gia công từ thép Các xà ngang, được đỡ bởi hệ cột tạm, sẽ chống vào các mặt tường vây thông qua hệ dầm biên, được điều chỉnh bằng hệ kích thủy lực điều khiển bằng hệ bơm dầu trung tâm Số

lượng tầng thanh chống có thể là 1 tầng chống, 2 tầng chống hoặc nhiều hơn tuỳ theo

số tầng hầm, dạng hình học của hố đào và điều kiện địa chất, thuỷ văn trong phạm vi chiều sâu tường vây

Thi công hệ Shoring-kingpost và các bộ phận kết cấu tầng hầm được mô tả ngắn gọn như sau: sau khi tường vây, cọc nhồi, King-post đã thi công xong, tiến hành đào đất đến cao trình đáy móng (hoặc cao trình các hạng mục phần ngầm khác bố trí sâu hơn tầng hầm đáy của công trình), sau đó tiến hành thi công các bộ phận kết cấu phần ngầm từ dưới lên và thu hồi hệ Shoring-kingpost Quá trình đào đất, để bảo vệ tường vây, ở các mức sàn các tầng hầm (thường cao hơn cao độ thiết kế sàn tầng hầm một khoảng nhất định để tiện cho thi công) sẽ tiến hành thi công lắp đặt hệ Shoring-kingpost, trước đó cần thực hiện tiêu thoát nước ngầm cách đáy cao độ đào đất các đợt mộtkhoảng nhất định để tiện cho thi công

Hình 1.2 Chống đỡ tường vây công trình ngầm bằng hệ Shoring-kingpost

Các bước thi công cơ bản đã được sử dụng hệ văng chống (hệ kingpost) để chống đỡ tường vây cho công trình có 3 tầng hầm sau khi đã thi công xong tường vây, cọc khoan nhồi, kingpost được trình bày như dưới đây:

Shoring Đào đất đến cao độ sàn tầng hầm 1, thi công hệ văng ngang thứ nhất tại cao độ cách cao độ sàn tầng hầm 1 một khoảng từ 0,5 m đến 1,0 m Chú ý các biện pháp tiêu thoát nước trước khi đào đất Trình tự đào như đã trình bày phía trên

- Đào đất đến cao độ sàn tầng hầm 2, thi công hệ văng ngang thứ hai tại cao độ cách cao độ sàn tầng hầm 2 một khoảng từ 0,5 m đến 1,0 m

- Đào đất đến cao độ sàn tầng hầm 3, thi công hệ văng ngang thứ ba tại cao độ cách cao độ sàn tầng hầm 3 một khoảng từ 0,5 m đến 1,0 m

- Đào đất đến cao độ đáy móng hoặc đáy các bể kỹ thuật (nếu bố trí các bể kỹ thuật dưới cao trình nền tầng hầm dưới cùng), thi công các bể kỹ thuật (nếu có), đài móng, hệ thống dầm - giằng móng và nền tầng hầm thứ 3 (tầng hầm dưới cùng) Chú ý các biện pháp chống thấm cho tầng hầm dưới cùng

- Thu hồi hệ văng chống thứ ba, thi công hệ cột, dầm sàn tầng hầm 3

- Thu hồi hệ văng chống thứ hai, thi công hệ cột, dầm sàn tầng hầm 2

- Thu hồi hệ văng chống thứ nhất, thi công hệ cột, dầm sàn tầng hầm 1

Sau khi thi công xong hệ cột, dầm sàn tầng hầm 1, xem như kết thúc thi công các kết cấu phần ngầm từ dưới lên Việc thi công các tầng phía trên diễn ra bình thường (xem Hình 1.3)

Cao o t t 2 Cao o t t 1

Shoring-Nhược điểm

Độ cứng tổng thể của hệ văng chống nhỏ đòi hỏi tính toán kỹ, các mắt nối ghép nhiều Nếu cấu tạo nối ghép không hợp lý, biện pháp thi công không thoả đáng và không phù hợp với yêu cầu của thiết kế, dễ gây ra chuyển dịch ngang và mất ổn định của tường vây hố đào do độ cứng tổng thể của hệ Shoring-kingpost không bảo đảm, do các chi tiết nối ghép biến dạng Ngoài ra, hệ Shoring-kingpost cản trở và hạn chế cơ giới hóa quá trình thi công đào đất cũng như thi công các kết cấu, khó có khả năng thu hồi 100% hệ kingpost do phụ thuộc nhiều vào thiết kế và bố trí hệ này Thời gian thi công kéo dài, chi phí thi công cao

1.2 Chống đỡ tường chắn hố đào sâu bằng hệ kết cấu chống ngang không sử dụng kingpost

Gần đây, những nhược điểm khi sử dụng hệ cột tạm (Kingpost) như đã trình bày phía trên đã được các kỹ sư cả trong và ngoài nước khắc phục bằng cách đề xuất

sử dụng hệ chống ngang không dùng cột chống

Công trình Tổ hợp chung cư, văn phòng, thương mại cao cấp Sun Square tại ngã tư Lê Đức Thọ - Hàm Nghi, quận Nam Từ Liêm, Hà Nội đã sử dụng dầm Bailey vượt nhịp 27 m để chống đỡ tường vây bê tông cốt thép mà không sử dụng cột tạm (kingpost), vừa đảm bảo chống đỡ ổn định tường vây, vừa không sử dụng cột tạm, giúp thuận tiện cho thi công, tăng nhanh tốc độ thi công, giảm chi phí đáng kể

Hình 1.4 Sử dụng dầm Bailey chống đỡ theo một phương tường chắn hố đào sâu [1]

Theo [1], có thể sử dụng dầm Bailey đơn hoặc theo [2] sử dụng hệ dầm Bailey trực giao để chống đỡ tường vây hố đào sâu mà không phải sử dụng cột chống tạm Trường hợp hố đào có một phương đủ dài, theo [1] nhịp 27 m sử dụng các dầm Bailey đơn lắp song song chống đỡ tường vây hai phía đối diện, theo phương cạnh ngắn sử dụng các thanh chống chéo góc (Hình 1.4) Theo [2], khi hố đào rộng theo cả 2 phương có thể sử dụng hệ dầm Bailey với các nút trực giao để chống đỡ tường vây theo cả hai phương (Hình 1.5) Các kết quả nghiên cứu cho thấy cấu tạo các loại dầm Bailey này đảm bảo yêu cầu chịu lực, đơn giản, thuận tiện thi công, giúp rút ngắn thời gian thi công, giảm giá thành thi công hơn so với các phương pháp chống đỡ khác

Nút trực giao của hệ dầm Bailey trực

giao

Mặt cắt ngang nút trực giao Mặt bằng bố trí hệ dầm Bailey trực giao chống đỡ

tường vây hố đào sâu theo hai phương

Hình 1.5 Sử dụng hệ dầm Bailey có nút trực giao chống đỡ tường vây hố đào sâu theo

cả hai phương [2]

Theo [1, 2], dầm Bailey được quân đội Mỹ mang sang Việt Nam trong chiến tranh Sau khi hòa bình lặp lại chúng được thu gom để sử dụng, trong ngành giao thông nó được sử dụng để thi công cầu tạm và trong ngành xây dựng nó được sử dụng để văng chống hố móng Do yêu cầu thi công có thể chế tạo thêm các chi tiết, cấu kiện bằng vật liệu thép có cường độ cao tương đương nhập khẩu từ nước ngoài về Chức

năng của dầm Bailey chủ yếu là chịu uốn, chưa bao giờ được dùng để văng chống hố móng Dùng dầm Bailey làm hệ văng ngang chống đỡ tường vây, khi đó dầm Bailey đóng vai trò là cấu kiện chịu nén Với kích thước tiết diện chữ nhật: rộng × cao tương ứng là 0,635 m × 1,55 m, được chế tạo thành các đốt có chiều dài là 3,05 m liên kết với nhau bằng chốt và bu lông nên dễ lắp đặt, tháo dỡ (có thể lắp từng đốt hoặc liên kết trước các đoạn dầm với nhau thành dầm có độ dài thích hợp, dùng cần cẩu cẩu vào

vị trí lắp đặt), dầm nhẹ (mỗi đốt dầm không quá 300 kg), chịu nén tốt, có độ ổn định cao khi vượt nhịp lớn

Theo [1], để thi công công trình với 3 tầng hầm, sau khi tường vây bê tông cốt thép và cọc khoan nhồi đã thi công xong, người ta đã đề xuất quy trình thi công hệ dầm Bailey chống đỡ một phương tường vây bê tông cốt thép hố đào sâu như sau:

Bước 1: Đào đất hố móng sâu 4,0 m, lắp lớp dầm văng chống thứ nhất cách cao

độ mặt sàn tầng hầm một đoạn là 0,3 m (Hình 1.6)

Hình 1.6 Đào đất và thi công lớp văng chống thứ nhất bằng dầm Bailey [1]

Bước 2: Đào đất hố móng sâu 7,0 m, lắp lớp dầm văng chống thứ hai cách cao

độ mặt sàn tầng hầm hai là 0,3 m (Hình 1.7)

Mặt cắt thi công đào đất b-ớc 2

-0.9

-3.6 27000

-3.9 2700

Dầm BAiLEY LớP 1

SàN TầNG HầM 2 -7.9

t-ờng tầng hầm

t-ờng tầng hầm -6.9

Hình 1.7 Đào đất và thi cụng lớp văng chụ́ng thứ hai bằng dõ̀m Bailey [1]

Bước 3: Đào đất hố múng sõu 11,0 m, lắp lớp dầm văng chống thứ hai cỏch cao

Mặt cắt thi công đào đất b-ớc 3

-3.6 27000

-3.9 2700

Dầm BAiLEY LớP 1

SàN TầNG HầM 3 -11.9

Hình 1.8 Đào đất và thi cụng lớp văng chụ́ng thứ ba bằng dõ̀m Bailey [1]

Bước 4: Đào hố múng sõu 14 m, thi cụng múng và sàn tầng hầm ba (Hỡnh 1.9)

-14.9 -14.9

mặt cắt thi công đào đất b-ớc 4

-0.9

-3.6 -3.9 2700

-9.9 2700

SàN TầNG HầM 3

-9.6 Dầm BAiLEY LớP 3

t-ờng tầng hầm

Hình 1.9 Đào đất đờ́n đáy móng, thi cụng móng và sàn tõ̀ng hõ̀m đáy [1]

Bước 5: Tháo lớp văng chống thứ 3, thi công cột, vách, sàn tầng hầm hai (Hình

1.10)

mÆt c¾t th¸o v¨ng chèng dÇm líp 3

§µI CäC t-êng tÇng hÇm

Hình 1.10 Tháo lớp văng chống thứ 3, thi công cột, vách và sàn tầng hầm hai [1]

Bước 6: Tháo lớp văng chống thứ hai, thi công cột, vách, sàn tầng hầm một

-9.9 -11.5 -12.5

27000

-11.5

-12.5

-3.9 -6.9

-14.9

mÆt c¾t thi c«ng sµn tÇng hÇm 1

t-êng tÇng hÇm

t-êng tÇng hÇm

Hình 1.11 Tháo lớp chống thứ hai, thi công cột, vách, sàn tầng hầm một [1]

Bước 7: Tháo lớp văng chống thứ nhất, thi công cột, vách, sàn tầng mặt đất

Hình 1.12 Tháo lớp chống thứ nhất, thi công cột, vách, sàn tầng hầm mặt đất [1]

Theo [1], các dầm Bailey không chống trực tiếp lên tường vây mà chống vào dầm phụ bằng thép liên kết sát về phía bên trong tường vây, dọc theo chiều dài cạnh

hố đào để quy lực tập trung thành lực phân bố để cân bằng với áp lực đất từ phía ngoài (Hình 1.13)

Hình 1.13 Chi tiết dầm Bailey chống vào dầm phụ bố trí sát tường vây [1]

Ngoài ra, để đảm bảo ổn định khi chịu nén, giữa các dầm Bailey song song cần

sử dụng thêm hệ giằng chéo giữa các dầm (Hình 1.14) Cấu tạo này gây ra một vấn đề khó khăn khi đưa thiết bị máy móc xuống đào đất cũng như vận chuyển đất lên trên mặt đất, nhất là khi hố đào sâu, nhiều tầng chống ngang Bên cạnh đó, để giúp ổn định

hệ dầm Bailey, người ta còn sử dụng các khung định vị ngang bố trí ở mặt trên và mặt dưới dầm Bailey và thanh tăng cứng tại các trụ đứng trong dầm

Hình 1.14 Hệ giằng chéo, khung định vị ngang và thanh tăng cứng cấu tạo trên dầm

hệ dầm Bailey song song [1]

Tóm lại, các nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng thực tế hệ dầm Bailey vào công trình cụ thể cho thấy: từ vai trò chỉ là dầm chịu uốn làm sàn đạo trong thi công cầu, dầm Bailey đã được ứng dụng để chịu nén trong chống đỡ tường vây hố đào sâu vượt nhịp lớn Có thể sử dụng hệ dầm Bailey song song hoặc sử dụng hệ dầm Bailey trực giao trong trường hợp hố đào sâu có nhịp lớn

1.3 Kết luận chương 1

Chương 1 đã tổng quan các giải pháp chống đỡ tường vây hố đào sâu khi thi công đào mở, các kết cấu phần ngầm được thi công từ dưới lên Tường vây có thể được chống giữ bởi neo ứng suất trước trong đất hoặc chống giữ bởi hệ Shoring-kingpost Sử dụng hệ Shoring-kingpost là một trong những phương pháp thi công phổ

biến hiện nay bởi hệ chống giữ đơn giản, dễ thi công Tuy nhiên, hệ cột chống tạm (kingpost) được cắm vào các cọc nhồi sẽ không được thu hồi triệt để, gây lãng phí, tốn thời gian thi công, cản trở đến thi công đào đất và các kết cấu phần ngầm

Chương 1 cũng đã tổng quan nghiên cứu ứng dụng dầm Bailey chống đỡ tường vây hố đào sâu không sử dụng kingpost Các kết quả nghiên cứu cho thấy: ứng dụng dầm bailey chống đỡ tường vây đảm bảo yêu cầu chịu lực, khắc phục các nhược điểm của hệ Shoring-kingpost Tuy nhiên, dầm Bailey là loại dầm đặc biệt, chuyên dụng dùng ngành cầu đường chủ yếu chịu uốn, không phổ biến nên việc ứng dụng có nhiều hạn chế

Từ kết quả nghiên cứu tổng quan khả năng ứng dụng phương pháp dùng chống ngang không sử dụng kingpost cho thấy, cần nghiên cứu tính toán, chế tạo một loại kết cấu chống ngang khác thay thế dầm Bailey sao cho dễ chế tạo, đảm bảo khả năng chịu lực, thi công, lắp đặt và tháo dỡ dễ dàng, giúp tiết kiệm chi phí, rút ngắn thời gian thi công Ý tưởng về việc sử dụng các loại ống thép tròn đường kính lớn thay thế dầm Bailey chống đỡ tường vây hố đào sâu là cần thiết Tính toán khả năng chịu lực, lựa chọn tiết diện ống hợp lý phù hợp với kích thước hố đào, đề xuất cấu tạo tổng quát và quy trình thi công đối với loại ống chống ngang tường vây hố đào sâu không sử dụng kingpost sẽ được trình bày trong chương 3 của luận văn này Chương 2 sẽ trình bày cơ

sở lý thuyết tính toán áp lực đất lên tường chắn, tổng quan về phần mềm ứng dụng để tính toán khả năng chịu lực khi dùng ống chống tròn để chống đỡ tường vây

CHƯƠNG 2: CÁC CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TƯỜNG CHẮN

ĐẤT VÀ PHẦN MỀM SỬ DỤNG

Để tính toán khả năng chịu lực của thanh chống đỡ tường vây theo các phương pháp khác nhau cần xác định chính xác áp lực đất lên tường chắn Hiện nay có rất nhiều phương pháp xác định áp lực lên tường chắn, tuy nhiên, các phương pháp được dùng chủ yếu thuộc 2 nhóm chính dựa trên lý thuyết cân bằng giới hạn do Rankine khởi xướng và dùng mặt trượt giả định Coulomb

2.1 Lý thuyết tính toán tường chắn hố đào sâu

2.1.1 Ba loại áp lực đất lên tường chắn

Theo [3], khi tính toán áp lực đất lên tường chắn, độ lớn và quy luật phân bố

của áp lực đất có liên quan tới sự dịch chuyển tương đối của tường chắn so với bề mặt tiếp xúc giữa tường chắn và đất Sự dịch chuyển này có tính chất tương đối, được qui ước như trình bày dưới đây:

Hình 2.1 Ba loại áp lực đất lên tường chắn (nét đứt là vị trí ban đầu của tường chắn,

nét liền là vị trí của tường chắn dưới tác dụng của áp lực đất)

- Áp lực đất tĩnh, Hình 2.1a: khi tường chắn giữ nguyên, không dịch chuyển, đất sau tường chắn ổn định không bị biến dạng, ngoài một phần biến dạng rất nhỏ do trọng lượng bản thân đất gây ra Áp lực đất lên tường chắn gọi là áp lực đất tĩnh Pt

- Áp lực đất chủ động, Hình 2.1b: khi tường chắn dịch chuyển ra phía ngoài, xa

bề mặt tiếp xúc giữa tường chắn và đất hơn, đất sau tường chắn được giãn ra Áp lực đất lên tường chắn giảm xuống Chuyển vị của tường càng lớn, áp lực đất càng nhỏ Khi chuyển vị đạt đến giá trị nhất định thì xuất hiện vết nứt trong đất Khối đất sau tường sẽ trượt xuống theo các vết nứt này mà người ta gọi là mặt trượt chủ động Khi

đó áp lực đất càng giảm đến trị số nhỏ nhất, gọi là áp lực đất chủ động Pc

- Áp lực đất bị động, Hình 2.1c: khi tường chắn dịch chuyển vào phía trong gần

bề mặt tiếp xúc giữa tường chắn và đất hơn, đất sau tường bị nén chặt lại, áp lực đất càng lên tường tăng lên Chuyển vị càng lớn, áp lực đất càng càng tăng mạnh Khi chuyển vị đủ lớn trong đất cũng xuất hiện vết nứt gọi là mặt trượt bị động Đất bị đẩy theo mặt trượt này lên phía trên Áp lực đất lên tường đạt đến giá trị lớn nhất, gọi là áp lực đất bị động Pb.2.2 Các phương pháp xác định áp lực đất

Áp lực đất chủ động và bị động của đất lên tường chắn phụ thuộc rất lớn vào

tính chất cơ lý của đất, góc mái tự nhiên α, góc nghiêng của lưng tường chắn, ma sát

giữa đất và tường Dưới đây trình bày một số lý thuyết tính toán áp lực đất lên tường chắn [3]

2.1.2 Tính áp lực đất theo lý thuyết W.J.W.Rankine

Giả thiết: Ứng suất phân bố trên mặt tiếp xúc giữa đất vào tường chắn trong trường hợp có tường và không có tường như nhau, nghĩa là bỏ qua ma sát giữa đất và tường chắn, Rankine không những xác định được giá trị áp lực đất tĩnh của đất lên tường chắn mà còn tìm ra được biểu thức xác định được giá trị áp lực đất chủ động và

bị động

a) Trường hợp đất rời ( ≠ 0, c =0):

Lưng tường chắn tầng hầm công trình thẳng đứng, mặt đất nghiêng một góc α

so với phương ngang Xét một phân tố đất M có hai mặt thẳng đứng và hai mặt song song với mặt đất ở độ sâu z Như trường hợp xác định áp lực đất tĩnh lên tường, giả sử tường chắn không đứng yên mà dịch chuyển ra ngoài hoặc dịch chuyển vào phía trong nền đất, giá trị σz = const còn giá trị σy thay đổi trong khoảng σymin ≤ σy ≤σymax Tùy thuộc vào chuyển vị tương đối giữa đất và tường chắn Như vậy ta có thể dựng vô số vòng tròn Mohr đi qua điểm a có tâm trên trục σ Trên hình vòng 1 ứng với tâm σy thể hiện một trạng thái ứng suất σy bất kỳ, vòng 2 và 3 ứng với O2, O3 tương ứng thể hiện trạng thái cân bằng giới hạn cực tiểu gây ra bởi áp lực đất chủ động σymin và trạng thái cân bằng giới hạn cực đại gây ra bởi áp lực đất bị động σymax được nêu trong Hình 2.2

a) Xét phân tố ở độ sâu z b) Vòng tròn Mohr ở trạng thái ứng suất

Hình 2.2 Trạng thái chủ động và bị động Rankine

- Trạng thái ứng suất tương ứng với vòng tròn 1:

cd

452

21

c h

a) Tường dịch chuyển ra ngoài b) Áp lực chủ động b) Áp lực bị động

Hình 2.3 Tính áp lực đất chủ động và bị động Rankine

Khi Z = 0, suy ra, tức là xuất hiện vùng lực kéo Cho P c = 0, giải được độ cao

của vùng chịu kéo là:

02

cd

* c h

* k



Vì giữa đất và lưng tường chắn không thể chịu ứng suất kéo, do đó, trong phạm

vi lực kéo sẽ xuất hiện khe nứt, khi tính áp lực đất chủ động trên lưng tường chắn sẽ không xét đến tác động của vùng lực kéo, nên:

2 2

22

22

2.1.3 Tính áp lực đất theo lý thuyết của C.A.Coulomb

Lý thuyết áp lực đất lên tường chắn của C.A.Coulomb dựa trên cơ sở của các giả thiết sau đây:

- Tường tuyệt đối cứng không biến dạng, mặt trượt là mặt phẳng

- Lăng thể trượt xem như một khối rắn tuyệt đối được giới hạn bằng hai mặt trượt: mặt phát sinh trong khối đất và mặt lưng tường Giả thiết này cho phép ta thay các lực thể tích và lực bề mặt tác dụng lên lăng thể trượt bằng các lực tương đương như trọng lượng G của lăng thể trượt, phản lực R từ khối đất bất động và phản lực E từ

phía tường

- Xét khối đất trượt ở trạng thái cân bằng giới hạn, nghĩa là trạng thái ứng với thời điểm bắt đầu trượt (trị số áp lực đất chủ động tính toán được xác định tương ứng với lực đẩy của lăng thể trượt lên tường, còn trị số áp lực đất bị động được xác định tương ứng với lực chống của lăng thể trượt lên tường) Với giả thiết này cho phép ta thừa nhận các góc lệch của các phản lực tại các mặt trượt bằng góc ma sát trong (giữa khối đất bất động và lăng thể trượt) và góc ma sát ngoài δ (giữa đất và lưng tường) đồng thời đa giác lực (G, Ec, R) khép kín

a) Tính toán áp lực chủ động theo lý thuyết C.A.Coulomb

Giả sử có một tường chắn cứng với lưng tường phẳng AB, chắn giữ khối đất đắp (đất rời) sau lưng tường với mặt đất có dạng bất kỳ, không chịu tác dụng của tải trọng ngoài, Hình 2.4 Nếu gọi ε là góc nghiêng của lưng tường so với phương thẳng đứng và ω là góc hợp bởi mặt trượt giả thiết nào đó với phương nằm ngang, thì tại thời điểm xảy ra trượt sẽ xuất hiện hai mặt trượt AB và BC, tạo thành lăng thể trượt ABC

Theo giả thiết trên thì phương của hai phản lực Ec và R được xác định bởi góc

ma sát ngoài δ và góc ma sát trong φ như Hình 2.4 Điều kiện cân bằng giới hạn được thỏa mãn khi tam giác lực (G, Ec, R) khép kín Do đó, dựa vào hệ thức lượng của tam giác lực Hình 2.4, có thể rút ra biểu thức sau đây của áp lực chủ động đối với đất rời lên lưng tường chắn

Ec

δ

ψ ε ε

b) Tính toán áp lực bị động theo lý thuyết C.A.Coulomb

Nếu dưới tác dụng của lực ngoài, tường chắn chuyển vị về phía đất và gây ra trạng thái cân bằng giới hạn bị động, thì đất sau tường có khả năng bị trượt lên theo mặt trượt BC và BA (Hình 2.5) Ở trạng thái cân bằng giới hạn, lăng thể ABC chịu tác dụng của các lực:

- Trọng lượng bản thân G của lăng thể trượt ABC;

- Phản lực R của phần đất còn lại đối với lăng thể ABC;

- Phản lực Eb của lưng tường đối với lăng thể trượt

Vì lăng thể ABC ở trạng thái cân bằng giới hạn và có xu hướng trượt lên trên, nên phương và chiều của các lực tác dụng có thể biểu thị như trên hình 2.5 Hệ lực tác dụng lên lăng thể cân bằng nên tam giác lực khép kín Từ hệ thức lượng trong tam giác lực có thể dễ dàng rút ra công thức của Eb như sau:

2.1.4 Tính toán áp lực đất theo lý luận V.V.Xoclovxki

Thực tế cho thấy rằng sự có mặt của tường chắn trong đất sẽ làm thay đổi điều kiện làm việc của nền đất sau lưng tường rất nhiều Chính vì vậy cần đưa vào tính toán không những điều kiện biên ở trên mặt đất mà còn cả điều kiện biên ở mặt tiếp xúc giữa đất và tường, đó chính là yếu tố ma sát giữa đất và tường

a) Trường hợp 1 b) Trường hợp 2 c) Trường hợp 3

Hình 2.6 Ba trường hợp xảy ra của mặt trượt thứ hai

Vì bài toán áp lực đất lên tường chắn và bài toán ổn định của nền đất, về thực chất đều thuộc bài toán cân bằng giới hạn của các khối đất, nên trong trường hợp tổng quát khi α, ε và δ đều khác không, để xác định áp lực đất chủ động, và áp lực đất bị động lên tường, cần phải xuất phát từ hệ phương trình quen thuộc, bao gồm hai phương trình cân bằng tĩnh của bài toán phẳng và một phương trình cân bằng giới hạn

như trong công thức (2.17)

V.V.Xocolovxki đã giải hệ phương trình này một cách chặt chẽ, lời giải đã cho phép xác định chính xác vị trí và hình dạng mặt trượt của khối đất sau lưng tường trong điều kiện cân bằng giới hạn được nêu trong Hình 2.7

2 2

042

zy z

B

Hình 2.7 Vị trí chia vùng các điểm và hình dạng mặt trượt

- Các điểm nằm trong vùng I (ACD) thỏa mãn điều kiện cân bằng cực tiểu;

- Các điểm nằm trong vùng II (ADE) là vùng chuyển tiếp;

- Các điểm nằm trong vùng III (ABE) thỏa mãn điều kiện cân bằng cực đại

Đối với truờng hợp khi lưng tường nghiêng, mặt đất đắp sau tường nằm ngang

và ma sát giữa lưng tường và đất đắp không thể bỏ qua được (ε ≠ 0, δ ≠ 0 và α = 0), thì

áp lực chủ động và bị động của đất lên tường theo lý thuyết của Xoclovxki được tính theo biểu thức sau:

21

2

21

Bảng 2.1 Hệ số áp lực đất chủ động theo lời giải của lý thuyết Xoclovxki

2.1.5 Áp lực tác dụng lên tường bê tông cốt thép trong một số trường hợp riêng

Trong thực tế điều kiện làm việc đồng thời giữa đất nền và tường chắn tầng hầm công trình phức tạp hơn nhiều Điều kiện càng phức tạp, độ chính xác đòi hỏi càng cao thì sơ đồ tính toán càng sát với thực tế Độ chính xác của bài toán phụ thuộc vào dữ liệu đầu: tính chất cơ lý đất nền, trạng thái ứng suất trong nền, ma sát giữa đất

và tường và các yếu tố khác

a) Áp lực đất lên tường chắn trong trường hợp đất nền gồm nhiều lớp

- Giả thiết nền đất cấu tạo từ những lớp đất song song với mặt đất có chiều dày

hi mỗi lớp đất có chỉ tiêu cơ lý riêng được nêu trong Hình 2.8 Ta thấy dạng biểu thức

tính toán áp lực chủ động và bị động đều giống nhau chỉ khác nhau ở hệ số k cd và k bd

Có thể dùng biểu thức của Rankine hoặc Coulomb để xác định Ec và Eb

- Tại các điểm nằm trên ranh giới giữa 2 lớp đất áp lực chủ động và bị động có tính đặc biệt sau:

và bị động cũng phân bố tương tự

Hình 2.8 Tính áp lực chủ động và bị động của đất gồm nhiều lớp

b) Áp lực đất lên tường chắn trong trường hợp bề mặt đất sau tường có tải trọng phân bố

Hình 2.9 Tính áp lực đất chủ động khi trên mặt đất có tải trọng phân bố

Khi bề mặt đất phía sau tường chắn có tải trọng phân bố đều liên tục q tác động

được nêu trong hình 2.9, khi tính toán có thể cho ứng suất đứng z ở độ sâu z tăng

thêm một trị số q, thay z trong công thức p c zk cd và công thức

  2

Trong đó: q là tải trọng phân bố trên mặt đất

Khi không có tải trọng cố định, để kể đến việc có thể chất tải thi công xảy ra bất

kỳ lúc nào ở bờ hố móng sâu, và các yếu tố như phương tiện giao thông chạy qua…,

thông thường có thể lấy q = 10÷20kPa

2.2 Tính toán cấu kiện chịu nén đúng tâm, chịu nén uốn theo Tiêu chuẩn Việt Nam

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5575:2012 [4] chỉ dẫn tính toán cấu kiện thép chịu nén đúng tâm như dưới đây:

2.2.1 Tính toán về bền

Tính toán về bền của cấu kiện nén đúng tâm theo công thức:

c n

N f A



 



Giá trị số của hệ số  có thể lấy theo Bảng 2.3

Độ mảnh  được tính: l0

i

  ; i là bán kính quán tính của tiết diện,

Bảng 2.3 - Hệ số uốn dọc  của cấu kiện chịu nén đúng tâm

Các yêu cầu bổ sung khi tính toán giàn thép ống:

- Tỉ số giữa đường kính ống D và chiều dày ống t, (D/t), không được vượt quá:

+ Đối với thanh cánh: 30;

+ Đối với thanh xiên và thanh bụng: từ 80 đến 90

- Tỉ số giữa đường kính thanh xiên d và đường kính thanh cánh D không được nhỏ hơn 0,3 (d/D  0,3) để tránh hiện tượng ép lõm thanh cánh

- Trục hình học của các thanh được lấy làm trục để định vị Trong trường hợp không sử dụng hết khả năng chịu lực của thanh cánh cho phép trục có độ lệch tâm là 1/4 đường kính thanh cánh

- Thành ống thanh cánh tại những vị trí tiếp xúc với thanh bụng hoặc tại những

vị trí có các cấu kiện khác đè lên (xà gồ) cần được kiểm tra độ bền về uốn cục bộ theo