Nghiên Cứu Nhân Tố Ảnh Hưởng Đến Sự Ổn Định Của Mái Hố Móng Không Gia Cố.pdf

MỤC LỤC BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI *** LUẬN VĂN THẠC SĨ TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ ỔN ĐỊNH CỦA MÁI HỐ MÓNG KHÔNG GIA CỐ Học viên cao học Ngu[.]

NGUOI HUONG DAN KHOA HOC: TS NGUYEN QUANG CUONG

BO MON QUAN LY: BO MON CONG NGHE VA QUAN LY XAY DUNG

Ha N6i— 2013

định và đảm bảo đầy đủ các yêu cầu trong bản đề cương đã được phê duyệt

Trước hết tác giả xin chân thành cảm ơn Phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học, Khoa công trình, Trường Đại học Thuỷ lợi và toàn thể các thay, cô

giáo đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong thời gian học tập

cũng như thực hiện luận văn này Đặc biệt tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn

sâu sắc tới thầy giáo TS Nguyễn Quang Cường đã tận tình hướng dẫn và cung cấp các thông tin khoa học cân thiết trong quá trình thực hiện luận văn

Tác giá xin chân thành gửi lời cảm ơn tới Sở Nông nghiệp và PTNT Hà Nội đã giúp đỡ trong việc thu thập tài liệu nghiên cứu trong quá trình thực

hiện luận văn

Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến lãnh đạo Ban quản lý dự án Đầu tư và Xây dựng - nơi tác giả đang công tác cùng những người thân trong gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã khích lệ, ủng hộ, động viên về mọi mặt cho tác giả hoàn thành luận văn này

Do hạn chế về mặt thời gian, kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế

nên trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn, chắc chắn khó tránh khỏi những thiếu sót nhất định Tác giả rất mong muốn nhận được sự góp ý chỉ bảo tận tình của các Thầy, Cô giáo và cán bộ đồng nghiệp đối với bản

luận văn

Hà Nội, Ngày tháng Š năm 20 T3 HỌC VIÊN

Nguyễn Ngọc Hưng

Lớp cao học: CH 18C11

Chuyén nganh: Xây dựng công trình thủy

Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng đến sự on định của mái hỗ móng không gia cố”

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm

Những kết quả nghiên cứu, tính toán là trung thực Trong quá trình làm luận

văn tôi có tham khảo các tài liệu liên quan nhằm khang định thêm sự tin cậy

và cấp thiết của đẻ tài Tôi không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào

khác, nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Khoa và Nhà

trường

Hà Nội, ngày tháng Š năm 2013

Học viên

Nguyễn Ngọc Hưng

PHẢN MỞ ĐẦU - G521 1 E1 3E 2111111115 1111111111111111111111 1111111111115 1111 0111111 1xe 1

CHUONG 1 TONG QUAN VE CONG TAC THIET KE VA XỬ LY HO MONG 3

1.1 Phân loại hỗ móng công trình . + + + + xxx SE +k‡k#E£EEEEEeEeEererererees 4 1.2 Đặc điểm của hỗ móng ¿- - E999 SEExEx SE EEEE1E5EE E1 9 1.3 Tổng quan công tác thiết kế và xử lý hỗ móng đào mở không gia cố 11

1.3.1 Tinh hinh tng dung h6 mong không gia cỗ trong xây dựng các công trình thủy lợi (hỗ móng nông) : + 22k + +E+E+E#E#ESEEEEEEEEEEEEErkrkrrererered 15 1.3.2 Ưu, nhược điểm và các sự cố thường gặp của hình thức hỗ móng 7075/77 17 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ÔN ĐỊNH MÁI HỒ MÓNG 19

2.1 Cơ sở lý thuyết tính toán ốn định mái hỗ móng - ¿2 - =2 +s+x2 19 2.1.1 Đánh giá ốn định mái đỐc - - + + + + xxx ‡E‡E#E£EeEeEeEererrerees 19 2.1.2 Tính toán ôn định mái dốc sử dụng lý thuyết cân bằng giới hạn lực và 001195170727 ố 43

2.2 Giới thiệu phần mềm tính toán ốn định Geo-Slope 5-5-2 55552 49 2.2.1 Tổng quan về Geo-SÌOpe + - + + +E+E+k#ESESEEEEEEEEEEEEErkrkrrerererkd 49 2.2.2 Các phương pháp tính toán - - «+ + S1 1111119999111 1992 1 11111 1 re 50 2.2.3 Cách đưa dữ liệu ban đầu vào phần mẻm Geo-Slope - 51

CHUONG 3 QUAN HE GIU'A HE SO ON DINH MAI HO MONG VA CAC NHAN I9 ))18:00/9) 9111 ,ÔỎ 56 3.1 Tổng quan về phương pháp quy hoạch thực nghiệm - 55: 56 3.1.1 Những khái niệm cơ bản của qui hoạch thực nghiệm 57

3.1.2 Các nguyên tắc cơ bản của qui hoạch thực nghiệm 61

3.1.3 Phuong pháp qui hoạch thực nghiệm trực giao cấp l 63

3.2 Lựa chọn các tham số và thiết lập các phương án tính toán 67

4.1 Giới thiệu tổng quan về trạm bơm Bình Phú . - - +c+cs£ezezxe: 84 4.1.1 Gidi thiéu chung vé Du at ccc sesesessesesesesessscscscsssssveveretstseeeeen 84

4.1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của Dự ắn - ccc << 5< ca 88

4.2 Ap dụng hàm hồi qui thực nghiệm để tính toán kiểm tra ôn định mái hồ móng trạm bơm Bình Phú - - - - << << 111111388883 3%%1EE98885555151 5151 2 89 4.3 Tinh todn 6n định hỗ móng trạm bơm tiêu Bình Phú bằng phần mẻm

Bang 1-3 Bang 1-4 Bang 2-1 Bảng 2-2 Bảng 2-3 Bang 3-1 Bảng 3-2 Bang 4-1

Độ dốc của vách đá - ¿- 2 5+2 2x2 EEE2EEEEE2E21212121212 1 xe 14

Các thông số cường độ chống cắt của đất 55s +s+s+esescse 38 Tổng hợp các thành phân đã biết trong việc xác định hệ số an toàn 45 Tổng hợp các thành phần chưa biết trong việc xác định hệ số an toàn 46 Bảng sơ đồ các phương án tính toán + + << +k+eeeeeeeeeee 68 Bang kế quả các phương án tính toán - + + << +x+E£xeeeescse S0 Bảng chỉ tiêu cơ lý đất hỗ móng trạm bơm Bình Phú - 93

Hình I-3 Thi công móng cọc đóng, p - -ccc 1111300111111 1188333151111 111 rrrreg 6 Hình 1-4 Thi công móng cọc khoan nhồii 2-5 2 2s k+E+E+EEEE+E+E+EeEE+EzEeEsreei 6 Hình 1-5 H6 mong sử dụng cọc cừ thép và hệ văng chống chữ H 7 Hình I-6 Hồ móng sử dụng cọc cừ thép và hệ thang ngang chống - 8 Hinh 1-7 Cac loai neo dung voi tuong cu: (a) neo ban hay dam, (b) neo giang, (c) neo cọc đứng, (d) neo dam coc xién ChONG dO ccccseessccccccccceeeeessesssssneceeeeeeeeeeeees 8 Hinh 1-8 Hồ móng cống tiêu tự chảy - - - + + xExEkSESk+k+k‡E‡E#EEEEEeEeEererererees 9 Hình 1-9 Sự thay đối ứng suất khi thi công mái dốc - 2 22+s+s+£s£erezx2 11 Hình 1-10.H6 mong tram bom Dao Xá, huyện Phú Xuyên 2 2 s5: 15 Hình I-11.Hồ móng cống tiêu tự chảy xã Hoàng Long, huyện Phú Xuyên 15 Hình 1-12.Hồ móng trạm bơm Nhân Hiền, huyện Thường Tín - 5-5: 15 Hình 1-13.Hồ móng bể hút trạm bơm Đoàn Xá, huyện Ứng Hòa - 16

Hinh 1-14.Mong công xả qua đê trạm bơm Cao Bộ, huyện Thanh Oai 16

Hình 1-15.Hồ móng trạm bơm Bình Phú, huyện Thạch Thất - 5-5-2 17 Hình 2-I Các lực tác dụng lên lăng thể trượt ở mái dốc không thoát nước 20

Hình 2-2 Các lực tác dụng lên lăng thể trượt ở mái dốc thoát nước 21

Hinh 2-3 Cac dang mat pha hoat ccccccccccccccccccceessssssssssscceeeseeeceeeeeesssssssseeeeeees 24 Hình 2-4 Các cung trượt có bán kính và cung khác nhau 5555 ++<<5 25 Hình 2-5 Phân tích ứng suất tổng phi(u) = Í - << St SEEEEEeEsEererrerees 25 Hình 2-6 Ảnh hưởng của khe nứt căng trong phân tích ứng suất tông 26 Hình 2-7 Phương pháp phân mảnhh - 5 111 1833333£5585Errerrrs 26 Hình 2-8 Mảnh đơn giản hóa của BIshop - c-c 5 22232321 1113518 111xrrrs 29 Hình 2-9 Áp lực nước lỗ rỗng tại dòng thâm ồn định - 2 2 2+s+s+cs£erezx2 31 Hình 2-10.Áp lực nước lỗ rỗng sau khi hạ nhanh mực nước ngầm 32 Hình 2-I1.Áp lực nước lỗ rỗng sau khi hạ nhanh mực nước ngầm 32 Hình 2-12.Biểu đồ giá trị Fj, - k1 kS1 11111915 5E 11111111111 1511111111111 33 Hình 2-I3.Dùng nêm để phân tích mái dỐc + - + 2 2 +E+E+E+E+E££E+E+E+EeEerezed 34

Hình 2-15 Thành phần của lực dính phát sinh của một số góc ø” khác nhau 37 Hình 2-16.Quan hệ giữa hệ số an toàn và lực hút dính ở một mái dốc đơn giản 38 Hình 2-17.Mặt cắt A-A nghiên cứu của mái đỐc ¿+ + x+k+E+E+E+EsEererrerees 38 Hình 2-1I8§.Lực hút dính đo ở hiện trường trong năm 1980 (theo Sweeny 1982) 39 Hình 2-19.Mặt cắt của một mái dốc đứng trong đất tàn tích - - << se: 40

Hình 2-20.Hệ số an toàn theo tỉ số ø”„ ø" trong các điêu kiện thắm khác nhau 41

Hình 2-21.Hệ số an toàn tương ứng với thời gian trôi qua kế từ khi bắt đầu mưa 42

Hình 2-22.Các dạng mặt trượt giới hạn của mái đỐC -.- tt SeSe SE E211 ErErees 42 Hình 2-23.Các lực tác động lên cột đất trong 1 khối trượt với mặt trượt tròn 45

Hình 3-I Bảng tổng hợp kết quả tính toán ¿2-5 + 2 +E+E+E+EeEeEErkekerererered 71 Hình 4-1 Sơ đồ mở móng trạm bơm - - - + + SE SE+E+k+k+E£E£EeEeEeEererererees 91

Hinh 4-2 So 6 timh toatn eesceeseecseessesssessneeseesseesnecscesecsneeseesnecenecsnesseesneeneeeneeaneenes 95

Hình 4-3 Hệ số ôn định mái hố móng K = I,602 ¿+2 +E+E+E+E+E+EeEererreei 95

đến hàng chục mét Việc đào đất đá đến cao trình đặt móng là công việc đầu

tiên khi thi công xây dựng của bất kỳ công trình nào

Khi đào móng, chuyên đi một khối lượng đất đá, con người đã phá vỡ

cân bằng tự nhiên của môi trường đất đá, nước dưới đất nên đã xảy ra một loạt các hiện tượng gây trở ngại đến công tác đào móng như: Đất đá ở thành

hỗ móng trượt lở, di chuyển vào hỗ móng, đất ở đáy hồ bị đây trồi, nước dưới

đất, cát chảy vào hỗ móng, vùng đất xung quanh hố móng chuyên vị làm cho các công trình ở lân cận lún sụt, nứt nẻ eây khó khăn cho công tác thi công, giảm các chỉ tiêu xây dựng của đất nên hoặc gây mất ôn định cho các công

trình lân cận

Đề tài "Nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng đến sự ôn định của mái hỗ móng không gia cỗ" nhằm phân tích, nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng

đến sự ôn định của thành vách hồ móng, đưa ra quan hệ về mặt định lượng

giữa hệ số ôn định mái hỗ móng và các nhân tố ảnh hưởng, giúp người thiết kế và thi công có thể đưa ra các giải pháp thiết kế hỗ móng tối ưu, tránh những sự cố xảy ra trong quá trình thi công và nâng cao hiệu quả kinh tế trong xây dựng công trình

2 Mục đích của đề tài

- Giới thiệu tông quan các loại hỗ móng và công tác tính toán thiết kế hỗ móng: - Phân tích ưu nhược điểm và điều kiện ứng dụng của các biện pháp ôn định hỗ móng:

- Phân tích, tìm ra quy luật tác động của các nhân tố khác nhau đến sự ôn

định của mái hô móng không gia cô;

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

- Phân tích, tổng hợp các thành tựu trong nước và trên thế giới trong lĩnh vực thiết kê và xử lý hô móng các công trình xây dựng:

- Sử dụng các công cụ tính toán hiện đại để tính toán, phân tích ồn định

của mái hỗ móng:

- Sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để xây dựng quy luật

ảnh hưởng của các nhân tố đến sự ôn định của mái hồ móng 4 Kết quả đạt được

- Đánh giá tông quan về ưu, nhược điểm và những tôn tại trong lĩnh vực tính toán và xử lý hỗ móng các công trình xây dựng:

- Phân tích quy luật ảnh hưởng của các nhân tố khác nhau đến sự ôn định của hỗ móng, từ đó đưa ra các khuyến cáo cho công tác thiết kế và xử lý hỗ móng:

- Xây dựng công cụ dạng hàm số và dạng đồ thị giúp xác định nhanh

chóng hệ số ôn định của mái hồ móng, tạo thuận lợi cho công tác thiết kế, thi

công và quản lý xây dựng công trình.

những căn nhà thô sơ thời cô đại đến những công trình vĩ đại nhất hiện nay đều phải dựa trên nên đất Vì nền đất có cường độ nhỏ hơn rất nhiều so với vật liệu xây dựng công trình cho nên phần tiếp giáp giữa công trình và nên đất thường được mở rộng thêm và gọi là Móng Vậy móng chính là bộ phận kéo dài xuống của công trình và nằm ngâm dưới mặt đất tự nhiên Móng có nhiệm vụ truyền tải từ công trình lên nên đất Mặt tiếp xúc năm ngang giữa móng va đất gọi là đáy móng Mặt tiếp xúc giữa móng và công trình gọi là mặt đỉnh mong Dé dam bảo điều kiện cường độ và ôn định thường người ta đặt móng thấp hơn mặt đất tự nhiên Khoảng cách giữa đáy móng với mặt đất được gọi

là chiều sâu chôn móng Vì vậy khi đào móng, chuyến đi một khối lượng đất

đá, chúng ta đã phá vỡ cân băng tự nhiên của môi trường đất đá, nước dưới

đất nên đã xảy ra một loạt các hiện tượng gây trở ngại đến công tác đào móng,

chậm tiễn độ thi công thi công không an toàn, tăng giá thành cũng như các chỉ phí khác, làm mất ôn định cho các công trình lân cận, gây hư hỏng, phá hủy công trình, thiệt hại tài sản và tính mạng con người

Muốn vậy chúng ta phải nghiên cứu phân tích và đánh giá một cách khách quan, triệt để, toàn diện các nhân tố ảnh hưởng đến sự ôn định của mái hồ móng để đưa ra các giải pháp thiết kế hỗ móng tối ưu Các nhân tố ảnh

hưởng bao gom: Điều kiện địa hình, địa chất công trình và địa chất thủy văn,

các số liệu về công trình và tải trọng như hình dáng, kích thước đáy công

trình, đặc điểm của công trình, các loại tải trọng có thể có để nâng cao sự

an toàn trong thi công và hiệu quả kinh tế trong xây dựng công trình.

kiện làm việc bình thường của công trình cũng như ảnh hưởng đến thời gian hoàn thành công trình Công tác hỗ móng bao gồm các nội dung chính sau

đây: định vị hỗ móng, đào đất hỗ móng, bảo vệ đáy và thành hố móng, làm

khô hỗ móng dọn nên và xây móng

Căn cứ vào điều kiện địa chất công trình, điều kiện hiện trường, phương pháp thi công đào hồ có thê chia loại đào không có gia cô và loại đào có gia cô

Công tác của loại đào không có gia cô gồm có: hạ nước ngâm, đào đất, gia cố nên và giữ mái dốc

Công tác của loại đào có gia cỗ gồm có: đặt hệ thống gia có, hạ nước ngầm, đào đất, gia có nền, quan trắc và bảo vệ xung quanh hỗ móng

Ta có thê phân loại hỗ móng công trình thành một số loại như sau: - Móng nông

- Móng sâu

- Móng có kết cầu gia cô và không có kết câu gia cỗ

+ Móng nông: là loại móng có độ sâu hỗ móng Hm nhỏ, ảnh hưởng của đất trên đáy móng tới các mặt tiếp xúc là nhỏ Trong Cơ học đất, hố móng có

bề rộng là b, độ sâu hồ móng là Hm , theo Berezansev néu Hm/b < 0,5 thi khi

đất dưới móng bị phá hoại nên đất bị đây trồi ra ta coi Hm đó là nông

Thi công hỗ móng nông trong thực tế có độ sâu hố móng không quá lớn, thường từ 1,5 + 3m, nhiều trường hợp đặc biệt chiều sâu hỗ móng có thé chon tu 5 + 6m

Trong thực tế, ta có thể phân biệt móng nông dựa vào tỷ lệ giữa độ sâu chôn móng và bề rộng móng (h/b) Tuy nhiên, tỷ lệ định lượng là bao nhiêu cũng chưa thật rõ ràng Chính xác nhất là dựa vào phương diện làm việc của

lệch tâm, móng chân vịt), móng băng dưới tường, móng băng dưới cột (móng băng một phương, móng băng giao thoa), móng bè

Hình 1-1 Thi công hỗ móng nông có phủ màng ngăn nước

Hinh 1-2 HỖ móng nông của móng trạm bơm đào giật cấp

Các loại móng sâu thường gặp: Móng cọc (đóng, ép), cọc khoan nhồi, cọc baret, móng giếng chìm, giếng chim ép hơi, móng tường chắn đất

Hinh 1-3 Thị công móng cọc đóng, ép

Hinh 1-4 Thi công móng cọc khoan nhôi

Khi đào hô móng phải có các biện pháp kĩ thuật đê đôi phó các hiện tượng xảy ra: sạt lở thành hô, nước ngâm chảy vào hô mong, dat nén day ho

bị phình nở, ngâm nước hoặc chịu lực đây của áp lực nước, biên dạng của các

công trình lần cận.

+ Hồ móng có kết câu gia cô và hỗ móng không có kết cấu gia cỗ:

- Móng có kết cấu gia cỗ: là loại móng hỗ đào cần phải có kết cấu nhằm gia cô đất ở mái hỗ móng để làm ỗn định của mái đào hỗ móng ngăn chặn các

hiện tượng đất mái đào hỗ móng bị sạt trượt hoặc bị phình ra Loại móng này

thường áp dụng trong xây dựng nhà dân dụng tại các đô thị do điều kiện công trường thi công chật hẹp, nên phải mở mái đào thăng đứng, đồng thời có những lực xung quanh hỗ móng ép thắng xuống gây ra lực đây mái hố móng phình ra

gây mất ôn định mái hố móng: các công trình thủy lợi với điều kiện thi công khó

khăn, không hạ thấp được mực nước ngâm hoặc các công trình ngâm

- Hỗ móng có kết câu gia cố được phân thành nhiều loại, phố biến hiện

nay trong thực tế thường dùng hai loại hỗ móng có kết cấu gia cố như sau: + Hồ móng có kết câu gia cỗ băng cọc chống

+ Hồ móng có kêt câu gia cô băng cọc neo

Hinh 1-5 Hồ móng sử dụng cọc cừ thép và hệ văng chống chữ H

(d)

Hinh 1-7 Các loại neo dùng với tưởng cit: (a) neo ban hay dam, (b) neo giang, (c) neo coc ditng, (d) neo dam coc xién chong đỡ

Hình 1-8 H6 mong cong tiêu tự chảy

1.2 Đặc điểm của hỗ móng

Hồ móng có các đặc điểm như sau:

Hồ móng là một loại công việc tạm thời, sự dự trữ về an toàn có thê là

tương đối nhỏ nhưng lại có liên quan đến tính địa phương điều kiện địa chất của mỗi vùng khác nhau thì đặc điểm của hố móng cũng khác nhau Hỗ móng là một khoa học đan xen giữa các khoa học về đất đá, về kết câu và kỹ thuật

thi công, là một loại công trình mà hệ thống chịu ảnh hưởng đan xen của

nhiều nhân tố phức tạp và là ngành khoa học kỹ thuật tống hợp đang còn chờ

phát triển về mặt lí luận

Do hồ móng là loại công việc có giá thành cao, khối lượng công việc lớn, là trọng điểm tranh giành của các đơn vị thi công lại vì kỹ thuật phức tạp phạm vi ảnh hưởng rộng nhiều nhân tố biến đổi, sự cô hay xảy ra, là một khâu khó về mặt kỹ thuật, có tính tranh chấp trong công trình xây dựng Đồng thời cũng là trọng điểm để hạ thấp giá thành xây dựng và đảm bảo chất lượng công trình.

Công trình hỗ móng có giá thành khá cao nhưng chỉ là công trình tạm thời nên thường không muốn đầu tư chỉ phí nhiều Nhưng nếu để xảy ra sự cố thì xử lý sẽ rất khó khăn, gây ra tốn thất rất lớn về mặt kinh tế, ảnh hưởng

nghiêm trọng về mặt xã hội và dư luận

Công trình hỗ móng đang phát triển theo xu hướng diện tích rộng (chiều

dài, chiều rộng tới hơn trăm mét), độ sâu lớn (hàng chục mét) nên sẽ gặp

nhiều loại đất đá, hiện tượng địa chất khác nhau, không có lợi cho sự ôn định

của hồ móng (đất yêu, mực nước ngầm cao, cát đùn, cát chảy)

Các công trình cao tầng tại các thành phố thường ở các khu đất hẹp, mật độ xây dựng lớn, dân cư đông đúc, giao thông hạn chế nên điều kiện thi công khó khăn Lân cận hố móng đào thường đã có các công trình, nhà ở nên

không thể đào có mái dốc lớn, yêu cầu đối với việc ôn định và không chế

chuyền dịch là rất nghiêm trọng

Việc thi công hố móng ở các hiện trường lân cận như đóng cọc, hạ thấp mực nước ngầm, đào đất đều có thể sinh ra những ảnh hưởng hoặc khống chế lẫn nhau, tăng thêm các nhân tô có thê gây ra sự cô

Tính chất của đất đá thường biễn đôi trong khoảng khá rộng, điều kiện ấn

dấu của địa chất và tính phức tạp, tính không đồng đều của điều kiện địa chất thủy văn thường làm cho số liệu khảo sát có tính phân tán lớn, khó đại diện được cho tình hình tổng thể của các tầng đất, hơn nữa, tính chính xác tương đối thấp, tăng thêm khó khăn cho thiết kế và thi công công trình hố móng

Đào hỗ móng trong điều kiện đất yếu, mực nước ngầm cao và các điều kiện hiện trường phức tạp khác rất dễ sinh ra trượt lở khối đất, mất ôn định hố

móng, thần cọc bị chuyển dich vi tri, day hồ trồi lên, kết cầu gia cố bị dò nước

nghiêm trọng hoặc bị chảy đất làm hư hại hỗ móng, uy hiếp nghiêm trọng các công trình xây dựng, các công trình ngâm và đường ông xung quanh.

Công trình hỗ móng nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau như chăn đất, chống giữ, ngăn nước, hạ thấp mực nước ngắm đào đất, trong đó chỉ có

một khâu nào đó thất bại thì cũng sẽ dẫn đến sự cô cho hồ móng

Thi công hỗ móng thường kéo dài (vài tháng đến vài năm) nên sẽ chịu tác động của thời tiết, khí hậu (như mưa, nắng); móng bị ngập nước khi mưa,

khi nước ngầm dâng cao; đá chịu tác dụng phong hóa khi đào dé 16 ra Su

thay đối ứng suất khi thi công mái dốc sẽ được thấy như trong hình 1-10

œ,U

4 co ban dau

Ps | o' ban! dau |

Can bang Dao D6 tang ap luc Can bang cudi cung

ban dau móng nước lô rông

| đâu ;

— —————— ——————— ole - —= ~ =

Độ giảm ap luc - Cân bằng cuối cùng

ban đâu công nước lỗ rông

a) Đắp

Hình 1-9 Sự thay đối ứng suất khi thi công mái dốc

1.3 Tổng quan công tác thiết kế và xử lý hồ móng đào mở không gia cố Những hỗ móng nông có thể đào được mà không cân chong đỡ xung quanh nếu như có khoảng không tương đối rộng, đủ để tạo được mái dốc tự

9

Aw

ồn định Độ dốc của mái phụ thuộc vào loại đất, đá và các đặc tính của chúng,

vào điều kiện thời tiết và khí hậu, vào chiều sâu hỗ móng và khoảng thời gian

để móng lộ thiên Các mái đất đá được đào thường có độ dốc lớn nhất có thể

có với từng loại đất đá và sự xuất hiện một vài chỗ trượt nhỏ nói chung cũng

không nguy hiểm.

Theo tiêu chuẩn ngành 14TCVN 447-1987 về công tác đất thi công và nghiệm thu : Thi công công tác đất phần đào hào và hỗ móng với loại đất mềm được phép đào hỗ móng có vách đứng không cân gia cố, trong trường hợp không có công trình ngầm bên cạnh và ở trên mực nước theo quy định sau:

Loại đất Chiêu sâu hồ/móng - Dat cat, dat lan sỏi sạn Khong qua 1 m

- Đất thịt chắc và đất sét trăng Không quá 2m

+ Độ dốc lớn nhất cho phép của mái đào hỗ móng khi không cân gia cố,

trong trường hợp năm trên mực nước ngâm (kế cả phần chịu ảnh hưởng của mao dẫn) và trong trường hợp năm dưới mực nước ngầm nhưng có hệ thống tiêu nước phải chọn theo chỉ dân ở bảng sau:

Độ dốc lớn nhất cho phép khi chiêu sâu hỗ móng bang

nghiêng | độ dôc | nghiêng | độ dôc | nghiêng | độ

loai dat tuong tu

trong trạng thái khô

Theo kinh nghiệm thực tế thi công độ dốc lớn nhất của vách hỗ móng hỗ

đào không có gia cô được cho trong bảng 1-1

Bảng 1-1 Độ dốc lớn nhất của vách hỗ móng, vách hào không có gia cô

Khi dao hé móng có độ sâu nhỏ hon 5m trong đât có độ âm tự nhiên,

đồng nhất và không có nước ngầm thì độ dốc của vách hố móng có thể lựa

chọn theo các bảng 1-2, 1-3, 1-4

Bảng 1-2 Độ dốc lón nhất của vách hỗ móng có độ sâu <=5m (không có gia cố)

Độ dốc vách hỗ

và đồ đất lên Đào đất ở dưới | Đào đất ở trên bờ

miệng hô đáy hô móng hô móng

Bang 1-3 Độ dốc theo loại đất, trạng thái dat

Phong hóa mạnh 1:0,75- 1:1 1:1- 1:1,25

1.3.1 Tình hình ứng dụng hỗ móng không gia cỗ trong xây dựng các công trình thủy lợi (hỗ móng nông):

Hình 1-11 Hỗ móng cống tiêu tự cháy xã Hoàng Long, huyện Phú Xuyên

Hình 1-12 Hồ móng trạm bơm Nhân Hiên, huyện Thuong Tin

_.,

+ Về tính phố biến áp dụng: hỗ móng không gia cố phù hợp với nhiều loại hố móng công trình, được áp dụng phố biến hiện nay với những nơi có nên địa chất tốt, những nơi có mặt băng thi công không quá chật hẹp và những công trình có quy mô nhỏ

+ Mái hỗ móng không gia cỗ dễ bị ảnh hưởng tác động xấu của thời tiết làm xói mái hỗ móng và các phương tiện thi công phía trên mái hố móng

- Sự cỗ thường øặp của hỗ móng không gia cố:

+ Trong những công trình nêu tại mục 1.3.1 trên, ta có thể thấy sự cố khi mái hố móng của cống tiêu tự chảy trạm bơm Đào Xá huyện Phú Xuyên, TP

Hà Nội bị nứt tạo một vết nứt rộng dọc mái hồ móng Một vài nguyên nhân

của sự cô hỗ móng không gia cô này là do:

- Đơn vị thi công chất tải đất lên thành của mái hỗ móng

- Máy móc thiết bị thi công vận nguyên vật liệu, phế thải đi lại xung quanh hỗ móng gây lực động xung quanh hỗ móng và làm nứt mái hố móng

KET LUAN CHUONG 1

Công tác thiết kế và xử lý hỗ móng là một công tác phức tạp vì hỗ móng

chịu tác động của rất nhiều yếu tố tác động ngoại cánh, thời tiết, may moc thi

công trên công trường địa chất, thủy văn, kích thước hình học hỗ móng mặt bằng thi công

Công tác thiết kế và xử lý hỗ móng là một công tác rất quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn lao động tiễn độ thi công ảnh hưởng đến các công trình lân cận, ôn định công trình và giá thành sản phẩm của một công trình

Hiện nay, chúng ta vẫn đang quan tâm nhiều đến công tác thiết kế móng công trình, mà chưa quan tâm nhiều đến công tác thiết kế mái hỗ móng công trình sao cho đạt hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao nhất

Vì vậy việc nghiên cứu về công tác thiết kế và xử lý mái hỗ móng là thực sự cân thiết, mang ý nghĩa to lớn về mặt kinh tế kỹ thuật, và nhu cầu thực tế.

CHUONG 2 PHUONG PHAP TINH TOAN ON DINH MAI

HO MONG

2.1 Cơ sở lý thuyết tính toán on dinh mai hỗ móng

Ôn định xác định hai công thức hệ số an toàn: Cân băng lực và cân băng

mômen Các phương pháp xác định lực khác nhau trong các cột đất (hoặc cung trượt được coi là các trường hợp đặc biệt của lý thuyết cân băng giới han 2.1.1 Đánh giá ôn định mái dốc

2.1.1.1 Lựa chọn các thông số độ bền chống cắt khi tính toán Ổn định

mái dốc

Các thông SỐ xác định độ bên chống cắt cơ bán phụ thuộc vào lịch sử

ứng suât của đât lần điêu kiện thoát nước Cân lưu ý khi tính ôn định mái dôc

là phá hoại xảy ra ở mặt trượt mới hay ở mặt trượt đã tôn tại, của hiện tượng

trượt đã xảy ra trước đó để lại

Trượt dọc theo mặt trượt đã tôn tại trước

Phải dùng các thông số độ bên dư sau đây:

Không thoát nước: X = cụ;

cụ: - lực dính không thoát nước, dư Thoát nước: 7 =Ø,fg0,

Truot theo mat truot moi thanh tao

Đất cô kết bình thường: Không thoát nước: T = cy Đất cô kết bình thường:

Không thoát nước: T = cụ

Thoát nước: 7 = Ơ,80,„

Đất quá cô kếtmạnh: | Biến dạng nhỏ Biến dạnh lớn

rỗng tăng đột ngột, đặc biệt trong đất bề mặt bị say khô một phân rồi liên kết

với nhau và di chuyển như một bản phăng mỏng nên đôi khi còn gọi là /rượt lớp 1 Mái dốc vô hạn không thoát nước

Một mái dốc vô hạn bị phá hoại dọc theo một mặt trượt phăng song song với mái (hình 3.1) Xét các lực tác dụng lên lăng thê trượt:

Trọng lượng lăng thể W= yzb cos p, Phản lực pháp tuyến trên mặt phảng: N = WeosP, Lực tiếp tuyến hướng xuống mái dốc T= WsinP, Lực chỗng cắt hướng lên mái dốc R =xb

Ở đây: P, - góc giới hạn của mái dốc;

T - độ bên chống cắt không thoát nước của đất: X = cụ

Các nội lực trượt E, và Ea bằng nhau và ngược chiều nên triệt tiêu Vì

cân băng giới hạn nên R - T = 0

Do vay: Cyb = WsinP, = yzbcosP, sinP,

2 Mái dốc vô hạn thoát nước

Trong điều kiện thoát nước, độ bền chỗng cắt của đất tính theo:

Phản lực pháp tuyến trên mặt phăng trượt: N = Wcos/ Lực tiếp tuyến hướng xuống mái dốc: T = Wsin/,

Lực áp lực nước lỗ rỗng lên mặt phẳng trượt: w = yhbcos’ , Lực kháng cắt hướng lên mái dốc: R=rb

Ở đây: /, - góc giới hạn của mái dốc;

7 Ð- độ bèn cắt thoát nước của đất

Mái dốc trong điểu kiện e' = 0 Vì cân bằng giới hạn nên R = T Trong đó:

R=N'tgø'=(Wcos/ -y,hbcos’ Ø.)tg@'= (yz—„h)bcos” 8 tgọ'

Va T=Wsin £ =yzbcos f sin £

Sau khi can bang rut gon: tgsin£.=(d-y,h/yz)tang' (2.3) Hệ số an toàn FƑ=(l-7„h/7z)tanø@/tan/@ (2.4)

Ở đây: ø - Góc nghiêng thực của mái dốc

Đặt áp lực nước lỗ rỗng u = z„¡cos”/, nên hệ số an toàn có thê tính theo: F=(I-u/7zcos”Ø)tanø/tan/@ (2.5)

Với cát thô, cuội khô (c' = 0) thì h = 0 và tgpc = tgcp' như trong cát khô Trong cát hạt mịn và bụi sức hút mao dẫn sẽ gây ra áp lực nước lỗ rỗng âm

vì thế do hút âm, ứng suất hiệu quả tại mặt trượt sẽ tăng lên Nếu mực nước

ngầm nằm dưới mặt phẳng trượt là hs thì có:

7ø sm Ø_ =(I—7„h,/7z)tanø" (2.6)

Do vậy Pc có thể rất dốc thậm chí dốc đứng như các thành cát ở bờ biến Với dòng thắm song song với mái dốc, đường dòng trên cùng trùng với mặt đât và

h = z thi: tgsin ff =U-y,/y)tan@' (2.7a)

Madi déc trong diéu kién c’>0

Khi đất rất quá cô kết hay xi măng hoa nhẹ, độ bên chống cắt của đất là:

1 Cơ cầu phá hoại đất dính trong mái dốc

Phân tích sự ôn định của mái dốc trong đất dính là dựa trên việc xem

xét cân băng dẻo giới hạn Điều kiện cân bằng dẻo giới hạn tôn tại từ thời điểm dịch chuyển trượt cắt bắt đầu và biến dạng cứ tiếp diễn mà ứng suất

không đổi Đầu tiên cần xác định hình dạng mặt trượt, khối đất dịch chuyển ở

trên mặt này được coi là một vật thế tự do ở điều kiện cân băng Cần đánh giá các lực hay mômen tác dụng lên vật thể tự do này và tiến hành so sánh các lực cắt tác dụng dọc theo mặt trượt với sức chống cắt mặt đất có khả năng tạo ra

Một số dạng mặt trượt có thé được xem xét cho đất dính như thấy Ở

hình 2.3: mặt phẳng cung tròn, không theo quy tắc, hỗn hợp Cho hầu hết các

mục đích, một mặt trụ tròn - ở mặt cắt là cung tròn, sẽ cho kết quả thỏa mãn

độ chính xác mà không cân thủ tục phân tích quá phức tạp

Sự ôn định mái dốc đào hay đắp phụ thuộc nhiều vào động thái áp lực

nước lỗ rỗng Khi thi công khối đắp, áp lực nước lễ rỗng sẽ tăng lên và sau khi thi công, sẽ giảm dần xuống Trong các rãnh hào, việc đào ban dau làm giảm áp lực nước lỗ rỗng, nhưng khi có dòng thâm sẽ tăng dân ứng suất hiệu quả và do vậy độ bền chống cắt có quan hệ nghịch với áp lực nước lỗ rỗng Hệ số an toàn giới hạn thấp nhất trong khi thi công, sau đó đất sẽ dần dần bền

chắc hơn, còn trong mương hào, độ bên chông cắt và do vậy hệ sô an toàn lại giam di theo thoi gian

Bởi thế cần xét cả sự ôn định ngắn ngày (mới thi công) và dài ngày Ôn định ngăn ngày xảy ra trong điều kiện hoàn toàn không thoát nước và độ bền

2 Ôn định không thoát nước - phân tích ứng suất tổng (ø, =0) Mái dốc đồng nhất

Phân tích ứng suất tống dùng cho trường hợp mái dốc mới đắp hay mới đảo trong đất sét hoàn toàn bão hòa Vì ø, =0, độ bền cắt không thoát nước

7 =c,„ Giả thiết mặt cắt của mặt phá hoại có dạng cung tròn và được xem là cung trượt Tâm cung trượt giới hạn ở vị trí nào đó trên đỉnh mái dốc Cung

trượt giới hạn (phá hoại) là một trong vô hạn cung khả dĩ vẽ được với bán

kính và tâm khác nhau (hình 2.4) Một số cung sẽ qua chân mái dốc, còn một số khác sẽ cắt mặt đất ở phía trước chân mái dốc Cwøg giới hạn là một cung mà dọc theo nó phá hoại dễ xảy ra nhất và có hệ số an toàn thấp nhất

Hình 2.5 là mặt cắt ngang mái dốc có cung trượt bán kính R, tâm O

Khối trượt có trọng lượng W năm trên cung trượt bị dịch chuyển và sự ổn

định được đánh giá băng hệ sô an toàn F được tính theo:

2

F- Momen(chongcat) _ c RO (2.9) Momen( phahoai) W.d

và cung khác nhau tong phi(u) = 0

Khi ở điều kiện cân bằng giới hạn, hình thành khe nứt căng ở gân đính mái dốc Độ sâu khe nứt căng z tính theo phương trình:

3 On định thoát nưóc - phân tích ing suất hiệu quả

Khái niệmTrong các bài toán có áp lực nước lỗ rỗng thay đổi (các khối dap, dat thai), khi can tính ổn định dài ngày và trong trường hợp đất sét quá cô kết (cả ôn định tức thời lẫn dài ngày) thì phân tích ôn định phải tiến hành trong điêu kiện ứng suât hiệu quả

Hinh 2-7 Phuong phap phan manh

a) Phan manh khoi truot; b) Cac lực tác dụng lên một mảnh

Vì ứng suất thay đối theo mặt trượt thử, nên coi khối trượt như là một

dãy các mảnh cung trượt AB (hình 2.7a) có tâm ở bán kính R được chia thành

các mảnh có bề rộng b băng nhau Các lực tác dụng lên một mảnh có chiều

dài Im (hình 2.7b) gồm có:

Trọng lượng mảnh: W = yhb; Phản lực pháp tuyến hiệu quả lên đáy mảnh: N';

Lực cắt tạo ra dọc đáy mảnh: N=Wsinz; Các lực bên tạo bởi các mảnh kề: RI và R2;

Lực pháp tuyến giữa các mảnh: EI và E2; Lực tiếp tuyến giữa các mảnh: XI và X2

Ảnh hưởng của tác dụng phụ bất kì ở trên mặt đất phải đưa vào trong khi tính trọng lượng của mánh và các lực khác

Tại điểm cân băng giới hạn, tông mômen phá hoại sẽ cân bằng chuẩn xác với tông mômen các lực chống cắt huy động dọc theo AB:

po Lac +189" DIN! (2.13)

> Wsina

O day LAC - Chiéu dai cung AC; Lạ =9R

Két qua phu thudc rat nhiéu vao gia tri N' nhan được như thé nao Mét

loạt các phương pháp đã được đề nghị, một số tương đối đơn giản và một số khá chặt chẽ Các phương pháp chặt chẽ cho kết quả chính xác nhưng chỉ thực hiện được khi dùng chương trình máy tính Có thể dùng cách thoa hiệp là tăng hệ số an toàn lên khi dùng phương pháp phân tích đơn giản

Phương pháp Fellenius

Trong phương pháp này, giả thiết các lực giữa các mảnh bằng nhau và

ngược chiều nên triệt tiêu lẫn nhau, có nghĩa là El = E2 và XI = X2 Vì thé,

chỉ cần giải các lực tác dụng lên đáy mảnh:

N'=Weosa—-ul = hb cos œ — ub sec œ(b = bsec z)

Nếu đặt w = r,7h thì

N'=yh(cosa—r, seca)b

Thay thé vao phuong trinh (2.13)

re C'Lae + ybigpÀ_ h(cosa—r, seca)

Số các mảnh tính toán không được nhỏ hơn 5 và số mảnh càng lớn thì việc đánh giá F sẽ tốt hơn Phương pháp này có xu hướng cho giá trị F ở phía thấp đi khoảng chừng 50% Sai số tăng lên khi ru lớn và cung trượt nằm sâu hay có bán kính tương đối nhỏ trong các trường hợp đó nên dùng phương phap Bishop.

Với cân bằng dọc theo đáy mảnh, sẽ có:

c'L+N'tgqg' 0=Wsina-““1= Wsina—

F F

Cân bằng theo phương đứng:

0= W-N'cosa —ul cosa —-mrIsing

Việc tính bắt đầu bằng giả thiết một giá trị thử cho F ở phía tay phải rồi

dùng quá trình lặp để hội tụ giá trị F thực cho một cung thử đã cho Đó là cách làm thông dụng trong các chương trình được thiết kế cho sử dụng máy tính Hiện nay đã có các chương trình máy tính có khả năng giả quyết cho

điều kiện nhiều lớp, có tải trọng phụ trên mặt đất, áp lực mức lỗ rỗng phân bó

thay đối Trong các bài toán, chấp nhận lấy giá trị trung bình không đổi cho ru Hệ số an toàn tính theo phương pháp này hơi thấp, nhưng sai số thường không quá 3% (trừ trường hợp đáy cung phá hoại sâu, F nhỏ hơn đơn vỊ ) Hệ số an toàn thấp hơn nhưng chính xác hơn nếu có tính đến các thay đổi của lực thấm lên mảnh và ở trong mảnh Tuy nhiên phương pháp tỉnh vi này phụ thuộc nhiều vào việc đánh giá đúng áp lực nước lỗ rỗng

4 Xác định áp lực nước lỗ rỗng

Khi đánh giá ôn định cho điều kiện dài ngày, việc phân tích đòi hỏi dựa

trên ứng suất hiệu quả, nên cần xác định sự phân bồ áp lực nước lễ rỗng với

mỗi cung trượt Thường xem xét ba nhóm điều kiện giới hạn sau đây: Cuối thi công

Vì thời gian thi công đập đất và các khối đắp lớn thường kéo dài nên áp

lực nước lỗ rỗng rỗng dư có thê giảm, nên khi phân tích theo ứng suất tổng sẽ

xê dịch giá trị F về phía thấp đi

Áp lực nước lỗ rỗng tại một đỉnh bất kì là w =u, + Au O day: u, - giá trị ban đầu;

Au- Biến đổi áp lực lỗ rỗng do biến đôi ứng suất chính chủ yếu Ao,

Dùng hệ số áp lực nước lỗ rỗng Đ

u=u,+BAu (2.17)

Hệ số áp lực nước lỗ rỗng B xac dinh bang thi nghiém ba truc Néu dat đắp có độ âm

nhé hon dé 4m tot nhat, u, hau nhu bang khong, khi dé r, = 8 Giá trị z

có thể giảm do tăng tốc độ tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng bằng cách kết hợp các lớp thoát nước

dùng lại lưới thấm cho điều kiện thấm ỗn định trước khi hạ thấp mực nước)

Từ hình 2.10 thấy rằng áp lực nước lỗ rỗng tại điểm P (trên một cung trượt

thử) trước khi hạ thấp mực nước, được tính theo biêu thức:

uạ =7„(h+h,—n)

Đường đẳng thế đi qua p

Hinh 2-9 Áp lực nước lỗ rỗng tại dòng thấm ổn định

Giả thiết ứng suất chính lòn nhất tông tại p bang áp lực lớp phủ

(o,=yh) Khi ha thap mực nước mặt nước ngầm giảm xuống toi thap hon

hn, sự biên đôi ứng suât chính lớn nhât tông sẽ là:

Vi thé, ngay sau khi ha thap mực nước, áp lực nước lỗ rỗng tại P là:

=uạ + Au =7„(h+h, —h)— By,h, =y„[h+h,—B)—h)

Phá hoại lông quái : Le

qua va ru co gia tri trong khoang 0,3 ( co ~~ ạ | 12

lực nước lỗ rỗng trung bình ru là quan i |

trong, dac biét khi dung cac phuong „ ` ` Phá huai nên mệt pháp do Bishop và Morgenstern đê | nghi Bromhead (1980) dua ra phương

pháp cho một lời giải có hệ thông va

Hình 2-II Áp lực nước lỗ rỗng

sau khi hạ nhanh mực nước ngâm