Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN: Nghiên cứu tính toán tường chắn hố đào sâu theo phương pháp đường cong P-y

Mục đích nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu tính toán tường chắn đất trong thi công hố đào sâu theo các mô hình trong các điều kiện địa chất nền khác nhau. Xây dựng biểu thức hệ số nền cho đất nền nhiều lớp trong tính toán tường chắn đất theo phương pháp dầm trên nền đàn hồi. Đề xuất đường cong p-y từ kết quả phân tích theo giải tích và kiểm chứng bằng phương pháp phần tử hữu hạn.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

NGUYỄN THÁI SƠN

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂU THEO PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CONG P - Y

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Hà Nội - 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS NGHIÊM MẠNH HIẾN

Hà Nội - 2014

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 01 tháng 8 năm 2014

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Thái Sơn

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Thái Sơn

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU

Số hiệu

Bảng 1.1 Giới thiệu một số công trình có trên 2 tầng hầm được xây

dựng trong thời gian gần đây 11

Bảng 1.2: Tọa độ và trọng số của tích phân số trên miền tam giác 32

Bảng 2.1 Hệ số nền theo CUR166 36

Bảng 2.2 Giá trị hệ số lưu biến của đất ( ) 38

Bảng 2.3 Giá trị của 50 cho đất sét 44

Bảng 2.4 Giá trị của k cho đất sét cứng 49

Bảng 2.5 Giá trị 50 cho đất sét cứng dưới mực nước ngầm 50

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Số hiệu

Hình 1.1 Biện pháp thi công tầng hầm theo phương án đào mở

của tòa nhà N03, dự án Berriver Long Biên - Hà Nội 9 Hình 1.2 Sơ đồ tính toán tường tầng hầm không neo 14

Hình 1.3 Sơ đồ quan hệ của chống với chuyển dịch của thân

Hình 1.4 Sơ đồ tính toán chính xác theo phương pháp Sachipana 18

Hình 1.5 Sơ đồ tính toán gần đúng theo phương pháp Sachipana 19

Hình 1.6 Một sơ đồ tính khác của phương pháp giải gần đúng

Hình 1.7 Sơ đồ tính dầm trên nền đàn hồi chịu uốn 22

Hình 1.9 Phần tử tấm tam giác 3 nút trong hệ tọa độ tổng thể và

Hình 2.10 Đường cong p-y cho đất cát pha hoặc sét pha 56

Hình 3.1 Sơ đồ mô hình hệ thống chống đỡ hố đào 60

Hình 3.2 Sơ đồ tính toán tường tầng hầm theo phương pháp dầm

Hình 3.5 Thuật toán tính lặp theo các giai đoạn thi công tường 65

Hình 3.6 Sơ đồ áp lực ngang lên tường do tải trọng tập trung

Hình 3.7 Sơ đồ áp lực ngang lên tường do tải trọng tập phân bố

Hình 3.8 Sơ đồ áp lực ngang lên tường do tải trọng tập phân bố

Hình 3.17 Sơ đồ chuyển vị giai đoạn thi công 1 và 2 82

Hình 3.18 Biểu đồ mô men trong tường giai đoạn thi công 1 và 2 82

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU 1

1 Sự cần thiết của đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 3

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3

6 Cấu trúc luận văn 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂU 5

1.1 Tình hình sử dụng tường chắn đất trong chống đỡ hố đào sâu ở Việt nam và thế giới 5

1.2 Các phương pháp tính toán tường chắn đất 13

1.2.1 Phương pháp giải tích 13

1.2.2 Phương pháp dầm trên nền đàn hồi 21

1.2.3 Phương pháp phần tử hữu hạn 24

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂU THEO PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CONG P-Y 33

2.1 Mô hình tính toán tường chắn 33

2.2 Các phương pháp xác định hệ số nền 34

2.2.1 Theo Vesic (1961) 35

2.2.2 Theo CUR 166 [13] 36

2.2.3 Theo Schmitt 37

2.2.4 Theo Ménard 37

2.2.5 Theo Chadeisson 38

2.2.6 Mô đun hệ số nền lấy từ phép lặp 39

2.2.7 Theo phương pháp gần đúng 41

2.3 Đường cong p-y 43

2.3.1 Giới thiệu chung 43

2.3.2 Đường cong p-y trong đất sét mềm 43

2.3.3 Đường cong p-y trong đất sét cứng trên mực nước ngầm 45

2.3.4 Đường cong p-y trong đất sét cứng dưới mực nước ngầm 48

2.3.5 Đường cong p-y trong đất cát 53

2.3.6 Đường cong p-y trong đất cát pha hoặc sét pha 56

2.3.7 Đường cong p-y đàn hồi dẻo lý tưởng 57

2.3.8 Đường cong p-y dạng hypecbôn 57

2.3.9 Đường cong p-y trong đất nhiều lớp 59

CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CONG P-Y TÍNH TOÁN TƯỜNG CHẮN 60

3.1 Phương pháp phần tử hữu hạn áp dụng cho bài toán dầm trên nền

đàn hồi 60

3.1.1 Mô hình tính toán 60

3.1.2 Xây dựng ma trận độ cứng 62

3.1.3 Phương pháp giải bài toán phi tuyến 64

3.2 Phần mềm tính toán tường chắn hố đào sâu theo phương pháp đường cong p-y 75

3.3 Ví dụ tính toán 76

3.3.1 Tường chắn đất conson 77

3.3.2 Tường chống bằng thanh chống ngang 81

PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84

1

PHẦN MỞ ĐẦU

Tên đề tài

"Nghiên cứu tính toán tường chắn hố đào sâu theo phương pháp

đường cong P-y."

1 Sự cần thiết của đề tài

Đất nước trong thời kỳ mở cửa đã và đang mở ra vô vàn những cơ hội, thử thách cùng những thuận lợi và khó khăn mới Ngành xây dựng cũng hòa chung xu hướng phát triển của cả nước, đang từng bước làm chủ công nghệ hiện đại để chinh phục những tầm cao Đi cùng với xu hướng đó quá trình đô thị hóa có thể nói những năm gần đây diễn ra một cách bùng nổ cả về số lượng, chất lượng và quy mô; đặc biệt là tại các thành phố lớn như Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh … Tốc độ phát triển nóng đã tạo áp lực về hạ tầng

đô thị, về nhà ở, văn phòng, giao thông đô thị và không gian công cộng trong

đô thị… Quỹ đất bề mặt của các đô thị lớn đã ở tình trạng gần như cạn kiệt, các không gian xanh, không gian công cộng ngày một thu hẹp, làm ảnh hưởng đến đời sống, dịch vụ và đi ngược với xu thế phát triển Để giải quyết phần nào bài toán nan giải này việc thi công các tầng hầm để đáp ứng các yêu cầu

kỹ thuật và dịch vụ là hết sức cần thiết

Trên cả nước nói chung và thành phố Hà Nội nói riêng, việc xây dựng tầng hầm trong nhà cao tầng đã trở nên phổ biến Các công trình thường có nhiều tầng hầm và sử dụng tường chắn đất Tính toán tường chắn đất hiện nay

có nhiều phương pháp bao gồm các phương pháp giải tích, phương pháp dầm trên nền đàn hồi và phương pháp phần tử hữu hạn Phương pháp giải tích thường không xét đến tính phi tuyến của đất nền và dịch chuyển của tường do

mô hình đất nền phức tạp nên việc sử dụng còn nhiều hạn chế đối với các kỹ

sư thiết kế biện pháp thi công Với mức độ chính xác nhất định và dễ sử dụng, phương pháp đường cong p-y tính toán theo mô hình dầm trên nên đàn hồi cần được nghiên cứu và áp dụng

Chính vì vậy, tác giả đã lựa chọn đề tài "Nghiên cứu tính toán tường chắn hố đào sâu theo phương pháp đường cong p - y."

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Tường chắn đất thẳng đứng cho hố đào sâu là tường cừ thép hoặc tường trong đất

Tính toán tường chắn đất chống đỡ cho hố đào sâu hạ theo phương thẳng đứng theo phương pháp hệ số nền bằng mô hình lò xo phi tuyến theo đường cong p-y

3

4 Phương pháp nghiên cứu

- Tổng quan các phương pháp tính toán tường cừ chắn đất

- Nghiên cứu phương pháp phần tử hữu hạn cho dầm trên nền đàn hồi

- Nghiên cứu lý thuyết đàn hồi trong xây dựng biểu thức hệ số nền

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Tính toán tường chắn đất theo phương pháp đường cong p-y với các thông số đầu vào đơn giản như góc ma sát trong, lực dính đơn vị, mô đun đàn hồi sẽ thuận tiện hơn cho các nhà thiết kế nhưng vẫn đảm bảo tính chính xác có thể chấp nhận được trong thực tế xây dựng Do đó việc nghiên cứu vấn đề này có tính cấp thiết và thực tiễn

Nếu đề tài được vào thực tiễn sẽ giúp người kỹ sư thiết kế biện pháp thi công rút ngắn thời gian thiết kế, đem lại hiệu quả kinh tế cho việc đầu tư xây dựng Đặc biệt đem lai hiệu quả kinh tế, kỹ thuật cao, cụ thể cho các công trình xây dựng trong điều kiện đất nền thành phố Hà Nội

6 Cấu trúc luận văn

PHẦN MỞ ĐẦU

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG CHẮN HỐ ĐÀO SÂU

1.1 Tình hình sử dụng tường chắn đất trong chống đỡ hố đào sâu ở Việt nam

và thế giới

1.2 Các phương pháp tính toán tường chắn đất

2.3 Xây dựng đường cong p-y

CHƯƠNG III: SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CONG P-Y TÍNH TOÁN TƯỜNG CHẮN

3.1 Phương pháp phần tử hữu hạn áp dụng cho bài toán dầm trên nền đàn hồi

3.2 Phần mềm tính toán tường chắn hố đào sâu theo phương pháp đường cong p-y

3.3 Ví dụ tính toán

PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

THÔNG BÁO

Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội

Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội

Email: digilib.hau@gmail.com

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

có thể chấp nhận được và không đòi hỏi mô hình đất nền phức tạp Tuy nhiên việc áp dụng mô hình tương tác giữa đất nền và kết cấu dưới dạng đường cong phi tuyến p-y hiện nay chưa được áp dụng nhiều

Đề tài đã đưa ra một phương pháp đơn giản để tính toán tường chắn đất bằng phương pháp đường cong p-y đó là sử dụng đường cong p-y đã áp dụng cho cọc có sửa đổi và đường cong hypecbôn Các biểu thức áp lực giới hạn lên cọc được thay bằng áp lực giới hạn lên tường chắn và độ cứng ban đầu của lò xo đất nền cho cọc được thay bằng độ cứng ban đầu của lò xo đất nền cho tường chắn Độ cứng của tường chắn được xác định từ độ cứng của các phân đoạn tường do đó có thể áp dụng cho nền nhiều lớp đất có đặc trưng khác nhau

Tính toán tường chắn đất theo phương pháp đường cong p-y với các thông số đầu vào đơn giản như góc ma sát trong, lực dính đơn vị, mô đun đàn hồi sẽ thuận tiện hơn cho các nhà thiết kế nhưng vẫn đảm bảo tính chính xác

có thể chấp nhận được trong thực tế xây dựng

Phương pháp tính toán tường chắn theo đường cong p-y được bổ sung vào phần mềm tính toán tường chắn đất tuyến tính WEF Tính toán cho một

số trường hợp và so sánh với phần mềm phần tử hữu hạn Plaxis cho thấy kết quả giữa hai phần mềm là tương đối giống nhau

85

Áp lực lên tường chắn đất khi tính toán theo phương pháp dầm trên nền đàn hồi phù hợp hơn so với phương pháp giải tích do đã kể đến sự phụ thuộc của giá trị áp lực vào chuyển vị của tường Áp lực đất lên tường chắn theo phương pháp giải tích luôn được coi đạt đến trạng thái giới hạn chủ động hoặc

bị động, trong khi đó tại độ sâu nhất định, giá trị này không thể đạt tới trạng thái giới hạn do chuyển vị của tường là nhỏ, không đủ lớn để áp lực lên tường đạt trạng thái giới hạn

Có thể sử dụng phương pháp này trong thực hành tính toán và thiết kế tường chắn đất

86

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

[1] Đỗ Đình Đức (2002), Thi công hố đào cho tầng hầm nhà cao tầng trong

đô thị Việt Nam Luận án Tiến sĩ kỹ thuật

[2] Nghiêm Mạnh Hiến (2009), Phương pháp đơn giản tính toán chuyển vị của cọc đơn chịu tải trọng đứng và ngang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp

trường, trường Đại học Kiến trúc Hà Nội

[3] Đinh Công Lý (2011), Tính toán tường cừ hai lớp chống đỡ hố đào sâu theo phương pháp hệ số nền trong điều kiện thành phố Hà Nội Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật, trường Đại học Kiến trúc Hà Nội

[4] Nguyễn Bá Kế (2008), Xây dựng công trình ngầm đô thị theo phương pháp đào mở Nhà xuất bản Xây dựng

[5] Nguyễn Bá Kế (2009), Thiết kế và thi công hố móng sâu Nhà xuất bản

Xây dựng

[6] Nghiêm Hữu Hạnh (2010), Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật để hạn chế ảnh hưởng tới công trình lân cận khi xây dựng công trình ngầm bằng phương pháp đào hở tại Hà Nội Viện Khoa học Công nghệ và Kinh tế Xây dựng, Sở

Xây dựng Hà Nội

[7] Phan Tường Phiệt (2001), Áp lực đất và tường chắn đất, NXB Xây dựng

[8] Withlow (1997), Cơ học đất I, II, NXB Giáo dục

[10] Chadeisson, R 1961 Parois continues moulées dans le sols Proceedings

of the 5th European Conf on Soil Mechanics and Foundation

Engineering,Vol 2 Dunod, Paris, 563-568"

[11] Chang-Yu Ou (2006), Deep excavation, Theory and practice Taylor and Francis

[12] Chen, W F and Mizuno, E (1990), Nonlinear Analysis in Soil Mechanics Theory and Implementation Developments in Geotechnical

[16] Fine, Geo5 Manual

[17] Kraft, L.M., Ray, R.P., and Kagawa, T (1981), Theoretical T-Z curves

Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, 107(11), pp 1543–1561

Soils, No 26, Paris, France

[20] Mosher, R.L (1984), Load transfer criteria for numerical analysis of axially loaded piles in sand U.S Army Engineering Waterways Experimental

Station, Automatic Data Processing Center, Vicksburg, MS

[21] Plaxis V8.2, Scientific Manual

[22] Reese, L C., Isenhower, W M and Wang, S T (2006), Analysis and Design of Shallow and Deep Foundations John Wiley and Sons, Inc

[23] Schmitt P.(1995), Estimating the coefficient of subgrade reaction for diaphragm wall and sheet pile wall design in French Revue Française de Géotechnique, N 71, 2° trimestre 1995, 3-10

[24] Smith, I M and Griffiths, D V (1997), Programming The Finite Element Method John Wiley & Sons, Third Edition

[25] Vesic, A B (1961), Bending of beams on isotropic elastic solid Journal

of the Engineering Mechanics Division, ASCE, Vol 87, No 2, pp 35-53