Báo cáo khoa học " BỐ TRÍ HỢP LÝ NEO CHO TƯỜNG CHẮN CÓ NEO " potx

BỐ TRÍ HỢP LÝ NEO CHO TƯỜNG CHẮN CÓ NEO PGS.TS. NGUYỄN HÙNG SƠN, ThS. VŨ QUANG TRUNG Trường Đại học Xây dựng 1. Mở đầu Trong thực tế xây dựng ngày nay có nhiều công trình có mái dốc lớn, hố đào sâu. Do mật độ xây dựng, xây chen, do giá thành công trình, không cho phép mở rộng mái dốc xây dựng nên tường chắn đứng đang được sử dụng rộng rãi. Đặc biệt là tường chắn mềm do ưu điêm về công nghệ, giá thành và tiến độ thi công. Neo kết hợp với tường chắn mềm, làm phân bố lại mô men trong tường nên giảm kích thước tường, tiếp nhận áp lực ngang từ tường truyền vào khối đất ổn định phía sau. Neo cho phép không phải đào đất sau tường chắn, cho phép thi công từ trên xuống giảm khối lượng chống đỡ. Tuy nhiên để tăng hiệu quả việc sử dụng neo cho các tường chắn có neo thì chúng ta cần nghiên cứu bố trí neo một cách hợp lí. Nội dung bài báo này dựa trên các tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn cho một trường hợp tường chắn cụ thể từ đó đưa ra phương pháp đánh giá về sự bố trí hợp lí của các neo trong tường chắn mềm. 1. Cơ chế làm việc của neo Hình 1 . Neo phụt vữa trong hệ thống tường chắn [4] Mục tiêu sử dụng neo là để cải thiện khả năng làm việc của kết cấu tường chắn, tức là giữ cho tường chắn ổn định, phân phối lại mô men trên tường. Như vậy neo cần phải thỏa mãn về độ bền (sức chịu nhổ, chịu kéo) và sự làm việc chung của cả hệ thống (tức sự tương tác lẫn nhau). Cấu tạo neo gồm 3 phần sau: - Phần đầu là phần liên kết với kết cấu tường chắn. Nó phải đảm bảo vững chắc đầu neo và không làm biến dạng hay phá hủy cục bộ tường chắn; - Phần cố định là phần cuối cùng của neo được cố định chắc chắn vào nền đất ổn định. Nó phải đảm bảo khả năng dính bám với đất và không làm mở rộng vùng biến dạng dẻo của đất nền bao quanh nó. Vì vậy, vùng này phải có kích thước đủ lớn và cần được củng cố bằng cách mở rộng vùng neo, cải thiện phần đất quanh vùng neo, tăng độ sâu và chiều dài dính bám của neo - Phần thân tự do là phần truyền tải giữa phần đầu và phần cố định. Phần tự do (thân neo) cần có cường độ và tiết diện đảm bảo chịu được sức căng. Chiều dài phần tự do phải đủ để phần cố định của neo nằm vào vùng đất ổn định sau mặt trượt tiềm năng một đoạn  nào đó (hình 1) theo [4] giá trị  được khuyến cáo lựa chọn bằng 1,5m hay 0,2H hoặc lớn hơn (H là chiều cao tường chắn). - Thêm vào đó chiều dài và khoảng cách giữa các neo phải đảm bảo thuận tiện thi công và không phát sinh những ảnh hưởng tương tác làm giảm khả năng chịu lực của neo tính toán. Khoảng cách giữa các neo theo khuyến cáo nên chọn > 1,2m, [4]. 2. Khả năng dính bám của neo Sự dính bám của neo vào đất phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện đất nền, độ sâu của bầu neo so với mặt đất, kích thước bầu neo và áp lực phun vữa. M ặt tr ư ợt tiềm năng Chi ều d ài t ự do nhỏ nhất = 3m (neo thanh) Chiều dài tự do nhỏ nhất = 4.5m (neo cáp) D B ề mặt tường D c = 1.5m hay 0.2H hoặc lớn hơn Tường Theo điều kiện cải thiện khả năng chịu lực, có thể có một số dạng neo phụt vữa khác nhau, trong nội dung nghiên cứu này, chúng ta chỉ xét đến trường hợp neo lỗ thẳng, phụt vữa áp lực thấp, thường được ứng dụng cho trường hợp nền là đất hạt thô hoặc đất rời hạt mịn, [2]. Theo [2], khả năng dính bám của neo trong đất hạt rời có thể được xác định bằng biểu thức (1) sau đây: ' sin 2 sin'  tgn L lzDLT f        (1) Trong đó:  ’- dung trọng hữu hiệu của đất; h L lz          sin 2 sin (độ sâu điểm giữa bầu neo) z - chiều sâu đến điểm đầu của neo; l - chiều dài đoạn tự do; L - chiều dài bầu neo; D - đường kính bầu neo;  - góc nghiêng của neo so với phương ngang; n - tỷ số giữa áp lực phun vữa với giá trị  ’h trên bầu neo;  ’ - góc ma sát trong có hiệu của đất. Từ biểu thức trên chúng ta có thể rút ra nhận xét là sức dính bám của neo không chỉ phụ thuộc vào bản chất của đất nền và kích thước của neo (đường kính bầu neo D, chiều dài thân neo l và bầu neo L) mà còn phụ thuộc nhiều vào vị trí đặt neo và góc nghiêng của neo so với phương ngang. Dưới đây với sự trợ giúp của phần mềm Plaxis, chúng ta sẽ phân tích ảnh hưởng của các đại lượng  và z tới hệ số an toàn của một công trình tường chắn cụ thể, từ đó xác định được các tham số  và z hợp lý nhất sao cho công trình đạt được hệ số ổn định cao nhất. 3. Tính toán bố trí hợp lý neo 3.1. Sơ đồ và các số liệu tính toán Chúng ta xét một hố đào rộng 30m, sâu 8m, được giữ ổn định bằng tường chắn thẳng đứng bê tông cốt thép mác 300 dày 0,4m có hệ số poisson  = 0,17 và mô đun đàn hồi E = 2,9.10 7 kN/m 2 . Tường chắn ngàm sâu xuống dưới đáy hố đào 5m và được gia cường bằng một tầng neo. Dọc theo chiều dài tường chắn, các thanh neo được bố trí đều và cách nhau 2m. Các neo đều được tạo ứng lực trước p = 300kN/m. - Phần tự do của neo được mô hình bằng phần tử neo (node- to - node anchor) với độ cứng chịu kéo của mỗi neo là EA = 2.10 5 kN. - Bầu neo được mô tả bằng phần tử geotextile có độ dài 4m với độ cứng chịu kéo EA = 1,91.10 6 kN/m. Lớp đất trên cùng là lớp đất lấp có bề dầy trung bình 1m, được thay thế bằng tải trọng phân bố đều có cường độ 20kN/m 2 , lớp đất dưới là cát đồng nhất có các chỉ tiêu cơ lí như sau: dung trọng tự nhiên  = 17 kN/m 3 , mô đun biến dạng E = 28000kN/m 2 , hệ số poisson  = 0,3 , góc ma sát trong  =30 0 , nước ngầm ở rất sâu. Sơ đồ hình 2 dưới đây thể hiện sơ đồ tính của bài toán cho nửa hệ bên trái. Hình 2. Sơ đồ tính toán bố trí neo 3.2. Các kết quả tính toán và nhận xét Các tính toán được thực hiện với các trường hợp vị trí đặt neo không đổi nhưng góc nghiêng so với phương ngang của neo thay đổi và trong trường hợp chọn được góc nghi êng hợp lí chúng ta sẽ thay đổi độ sâu đặt neo để tìm được độ sâu đặt neo phù hợp nhất. Đầu tiên chúng ta tính toán cho trường hợp độ sâu đầu neo là 3m kể từ đỉnh tường, tiếp theo lần lượt chúng ta sẽ thay đổi các góc nghiêng của neo so với phương ngang các góc là 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, và 50 độ. Các kết quả tính toán được thể hiện ở đồ thị quan hệ giữa sự thay đổi góc nghiêng của thanh neo so với phương nằm ngang và hệ số ổn định của công trình (như mô tả ở hình 3): Hình 3. Đồ thị quan hệ giữa góc nghiêng và hệ số ổn định của tường chắn Ở đây hệ số ổn định Fs của công trình được xác định theo phương pháp “giảm  và c”, giá trị của Fs được xác định thông qua biểu thức (2) dưới đây: redred c c tg tg Fs    (2) Trong đó:  và c lần lượt là góc ma sát trong và lực dính đơn vị thực của đất, còn  red và c red lần lượt là các giá trị góc ma sát trong và lực dính đơn vị tương ứng với khi công trình ở trạng thái giới hạn. Từ đồ thị trên hình 3, chúng ta nhận thấy hệ số ổn định của công trình đạt được lớn nhất khi góc nghiêng của thanh neo so với phương ngang là 35 độ. Kết quả này tương đối phù hợp với các tài liệu chỉ dẫn đã được công bố ở nước ngoài rằng góc nghiêng đặt neo nên lựa chọn trong khoảng từ 15 đến 40 độ, [1,2]. Sau khi có được góc nghiêng hợp lí ở phần tính toán trên, chúng ta sẽ cố định giá trị góc nghiêng này và tính toán cho các trường hợp đặt đầu neo ở các độ sâu khác nhau. Trong tính toán này chúng ta chú ý giữ khoảng cách  sau mặt trượt tiềm năng của đỉnh bầu neo không đổi là 2m, khoảng cách này thường được khuyến cáo lựa chọn hoặc 1,5m hoặc 0,2H hay lớn hơn (xem hình 1), [4]. Hình 4 dưới đây thể hiện quan hệ giữa vị trí đặt đầu neo và hệ số ổn định của công trình. Theo các kết quả thu được ở hình 4 thì vị trí đặt đầu neo có ảnh hưởng rõ rệt tới ổn định của công trình và từ đó chúng ta xác định được vị trí đặt đầu neo hợp lí. Các kết quả tính toán cho biết được là đối với công trình của chúng ta, cách bố trí hợp lí neo là đặt đầu neo ở độ sâu khoảng 3m và nghiêng góc 35 độ so với phương nằm ngang. 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50 1.60 0 10 20 30 40 50 Góc nghiêng c ủa thanh neo (đ ộ) H ệ số ổn định Fs Hình 4. Quan hệ giữa độ sâu đặt đầu neo và hệ số ổn định của tường chắn 4. Kết luận Hiện nay trong khi tính toán thiết kế neo và hệ neo cho tường chắn mềm, ngoài các phương pháp truyền thống được sử dụng thì các phần mềm tính toán đã được ứng dụng. Việc sử dụng các phần mềm địa kỹ thuật mạnh đã cho phép các nhà thiết kế tính toán được nhanh hơn, cho ra kết quả sát thực hơn và đặc biệt nhờ ưu điểm là có thể sử lý kết quả nhanh và trực quan nên các phần mềm đã cho phép các nhà thiết kế tính toán được nhiều trường hợp, từ đó có thể chọn ra được phương án hợp lý nhất. Trên tinh thần như vậy trong bài báo này, các tác giả đã sử dụng phần mềm Plaxis – là một phần mềm địa kỹ thuật mạnh tính toán cụ thể cho một bài toán và từ đó đưa ra một phương án neo hợp lí. Các tác giả hi vọng đây cũng là một phương pháp tiếp cận có thể dùng cho các nhà thiết kế tham khảo. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. NGUYỄN BÁ KẾ . Thiết kế và thi công hố móng sâu. Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội, 2002. 2. BS 8081: 1998. Neo trong đất (Tiêu chuẩn Anh). Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội, 2001. 3. Vermeer P.A., Brinkgreve R.B.J. (Eds), PLAXIS - finite element code for soil and rock analyses. Plaxis user's Manual v.7.Balkema/ Rotterdam/ Brookfiled/ 1998. 4. Geotechnical Engineering Circular No.4- Ground Anchors and Anchored systems. FHWA-IF-99- 015, Washington, DC 20590, June 1999. 5. VŨ QUANG TRUNG. Bố trí hợp lí neo cho tường chắn có neo. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật, ĐHXD – Hà nội, 2006. 1.4 1.42 1.44 1.46 1.48 1.5 1.52 1.54 1 2 3 4 5 6 Độ sâu đặt đầu neo (m) Hệ số ổn định Fs . BỐ TRÍ HỢP LÝ NEO CHO TƯỜNG CHẮN CÓ NEO PGS.TS. NGUYỄN HÙNG SƠN, ThS. VŨ QUANG TRUNG Trường Đại học Xây dựng 1. Mở đầu. Ground Anchors and Anchored systems. FHWA-IF-99- 015, Washington, DC 20590, June 1999. 5. VŨ QUANG TRUNG. Bố trí hợp lí neo cho tường chắn có neo. Luận