Đang tải... (xem toàn văn)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Bộ MÔN ĐỊA KỸ THUẬT 0O0 THIẾT KÉ TƯỜNG cư VÀ KẾT CẤU CHẮN GIỮ ĐẤT HÀ NỘI 09 2019 Mục lục LỜI NÓI ĐẰU 1 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VÈ TƯỜNG cừ 2 1 1 Công dụng và phân loại tường[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Bộ MÔN ĐỊA KỸ THUẬT 0O0 - THIẾT KÉ TƯỜNG cư VÀ KẾT CẤU CHẮN GIỮ ĐẤT HÀ NỘI 09-2019 Mục lục LỜI NÓI ĐẰU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VÈ TƯỜNG cừ 1.1 Công dụng phân loại tường cừ 1.1.1 Công dụng 1.1.2 Phân loại 1.2 Các sơ đồ trình tự thi cơng 10 1.3 Sơ lược phương pháp thi công 11 CHƯƠNG 2: TƯỜNG cừ KIỂU CONGXƠN 14 2.1 Tường cừ kiểu congxon cát 15 2.1.1 Xác định chiều sâu hạ cừ thích họp 15 2.1.2 Các bước tính tốn đê xác định biếu đồ áp lực 18 2.1.3 Tính tốn mơmen uốn lớn 19 2.1.4 Các trường họp đặc biệt cho tường cừ kiểu congxon hạ đất rời 22 2.2 Tường cừ kiểu congxon hạ đất sét 25 2.2.1 Tính tốn tường cừ kiêu congxon hạ đất sét 25 2.2.2 Mô men uốn lớn 27 2.2.3 Các trường họp đặc biệt tính tốn tường cừ kiểu congxon hạ đất sét 30 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN TƯỜNG cù NEO (CHỐNG) THEO PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH 33 3.1 Phương pháp chống giữ đất tự trường họp tường cừ hạ đất cát 34 3.2 Giảm mơ men cho tường cừ có neo hạ cát 36 3.3 Phương pháp biểu đồ áp lực tính tốn cho tường cừ hạ đất cát 42 3.4 Phương pháp chống giữ đất tự tường cừ hạ đất sét 45 3.5 Phương pháp chống giữ đất cố định .52 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ GIẢI TRONG TÍNH TỐN TƯỜNG CỪ 58 4.1 Giới thiệu sơ lược phương pháp đồ giải 58 4.2 Dùng phương pháp đồ giải thiết kế tường cừ 58 4.3 Cách xác định đường đóng trường hợp toán tổng quát: 61 4.4 Các giá trị thiết kế có tính toán theo phương pháp đồ giải 62 4.5 Hiệu chỉnh giá trị thiết kế tính 62 II CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN NEO 65 5.1 Giới thiệu neo 65 5.1.1 Các loại neo thường gặp 65 5.1.2 Cách bố trí neo 67 5.1.3 Các dạng phá hoại cùa tường neo 67 5.2 Khả giữ neo đất cát 70 5.2.1 Thiết lập cơng thức tính 70 5.2.2 Tương quan thực nghiệm dựa thí nghiệm mơ hình 73 5.2.3 Hệ số an toàn neo 74 5.2.4 Khoảng cách neo 74 5.3 Sức kháng giới hạn neo giằng 76 5.4 Quan trắc trường cho ván cừ neo 77 CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN THANH CHỐNG 79 6.1 Giới thiệu chống 79 6.2 Phương pháp áp lực đất biểu kiến 82 6.3 Hệ thống giằng chống 87 6.3.1 Hệ thống giằng chống nằm ngang 87 6.3.2 Giằng cuối giằng góc 90 6.3.1 Những nẹp 92 6.3.2 Những trụ chống trung tâm 94 CHƯƠNG 7: ỐN ĐỊNH TƯỜNG cù 100 7.1 Giới thiệu 100 7.2 Các loại hệ số an toàn 100 7.3 Phương pháp hệ chắn đất tự phương pháp hệ chắn đất cố định 102 7.4 Phá hoại cắt tổng thể tường có chống 104 7.4.1 Phá hoại đẩy vào 104 7.4.2 Phá hoại đẩy trồi 110 7.5 Phá hoại cắt tổng thể tường công xôn 133 7.6 Đẩy 141 7.7.2 Trường hợp thực tế 148 CHƯƠNG 8: GIỚI THIỆU MỘT SỐ PHÀN MỀM DÙNG ĐỂ THIẾT KÉ TƯỜNG CỪ ’ 151 III 8.1 Giới thiệu phần mềm SPW 2006 151 8.1.1 Phần mềm SPW 2006: 151 8.1.2 Các đặc trưng khai báo mơ hình: 152 8.2 Giới thiệu phần mem Plaxis 2D 158 8.1.2 Phần mềm Plaxis 2D 158 8.1.3 Các đặc trưng khai báo mơ hình 159 8.1.4 Ví dụ cơng trình thực tế 164 PHẦN BÀI TẬP 173 ĐÒ ÁN THIẾT KÉ CỪ THÉP 177 TÀI LIỆU THAM KHẢO 180 IV LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, lĩnh vực xây dựng, tường ván cừ (thuật ngữ tiếng anh Sheet Pile Wall) sử dụng ngày phổ biến Từ cơng trình thủy cơng cảng, bờ kè, cầu tàu, đê chắn sóng, cơng trình cải tạo dịng chảy, cơng trình cầu, đường hầm, cơng trình dân dụng bãi đậu xe ngầm, tầng hầm nhà nhiều tầng, nhà cơng nghiệp đến cơng trình tạm hố đào có gia cố, hố móng sâu vv Cuốn sách nhằm truyền tải kiến thức, kinh nghiệm thiết kế cừ thép mà thực tế cần Nội dung sách bao gồm vấn đề sau đây: - Cồng dụng phân loại tường cừ - Tường cừ kiên côngxon - Tường cừ neo - Tính tốn neo - Đồ án thiết kế tường cừ - Hệ thống bảng tra thông số Tham gia biên soạn giáo trình gồm PGS TS Hoàng Việt Hùng; TS Trần Thế Việt; TS Đỗ Tuấn Nghĩa Do thời gian chuẩn bị ngắn sách chắn chưa hồn chỉnh cịn nhiều thiếu sót Rất mong trao đổi bạn đọc, CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VÈ TƯỜNG cừ Kết cấu tường cừ loại kết cấu tưởng mỏng hạ sâu vào đất để đảm bảo ổn định Loại kết cấu ứng dụng phổ biến nhiều lĩnh vực, bao gồm: ❖ Làm kết cấu chắn giữ kết cấư ngăn nước, mố trụ cầu, kết cấu chắn giữ tạm thời đế gia cố hố đào thi công ❖ Làm đê quai ngăn nước, kết cấu bảo vệ bờ, ❖ Làm tường chống thấm đê, đập, cho số loại cơng trình khác Cuốn giáo trình trình bày cơng dụng, ngun tắc thiết kế thi công tường cừ 1.1 Công dụng phân loại tường cù’ 1.1.1 Công dụng Các cọc cừ liên kết bán liên kết (hạ liền kề) với để tạo nên hệ thống tường liên tục giúp chắn giữ vật liệu, chống sạt trượt hay dùng để ngăn nước tạo trường thi cơng hố móng nằm mực nước ngầm Khác với loại kết cấu chắn giữ khác, việc xây dựng tường cừ thường không yêu cầu phải tháo nước hố móng cho trường, quy trình thi cơng đơn giản, mang tính giới hóa cao, thời gian thi công ngắn thi công không gây nhiều xáo trộn cho Ngồi ra, tường cừ bám theo loại địa hình phức tạp Chính ưu điểm mà tường cừ ngày sử dụng rộng rãi với nhiều mục đích khác nhau, từ cơng trình cảng (Hình 1.1), bờ kè, cầu tàu, đê chắn sóng, cơng trình cải tạo dịng chảy, kênh mương, cơng trình gia cố mái dốc hay bờ bao đến cơng trình tạm, ví dụ hố đào có gia cố.vv Mực nước sơng ■ Tường cừ 'x Biên mở móng ■ " * ♦ Phía đất 1 ■ Hình 1.1 Tường cừ cơng trình cảng 1.1.2 Phân loại Hiện nay, có nhiều loại cừ áp dụng thực tế Một số loại tường cừ thường dùng xây dựng gồm: Tường cừ gỗ (Hình 1.2), tường cừ bê tơng đúc sẵn (Hình 1.3) tường cừ thép (Hình 1.4) Ngồi ra, tường cừ nhôm cừ vật liệu nhựa tổng hợp sử dụng Việc lựa chọn loại tường cừ phù hợp cần vào chức tường, đặc tính đất nền, hài hịa với kết cấu có sẵn a) Tường cừ gổ Là loại cừ dễ tìm, gia cơng chế tạo thành nhiều tiết diện khác nhau, thường dùng với kết cấu nhẹ, tạm thời, nằm mực nước ngầm Nếu phải sử dụng cho kết cấu phía mực nước ngầm cần có giải pháp xử lý Dù có tuối thọ cơng trình bị giảm Hàng ngàn năm trước, người sử dụng thân gỗ đóng vào đất tạo tường ngăn gia cố Những hàng gỗ đóng song song đổ đầy đất bên để giúp tường vững Những thân gỗ liên kết lại thừng, dùng nẹp phía sau Ngày nay, cừ gỗ gia công, liên kết lại hèm mộng, giúp tường thẳng hàng với độ kín khít tốt Tường cừ gỗ có chiều cao nhỏ tới trung bình (3 m - m), loại thường gặp tường cừ gỗ đơn tường cừ ván ghép Tấm gỗ có kích thước mặt cắt ngang khoảng 50 mm X 300 mm đóng hay hạ ghép nối mép, ghép hèm mộng (Hình 1.2b), chốt kim loại (Hình 1.2c), chêm (Hình 1.2d) hay tạo cách ghép đai ba lại với nhau, trồi lên so với hai 50 75 mm (Hình 1.2e) (b) Liên kết hèm mộng (a) Ghép nối mép (c) Liên kết bang chốt (d) Liên kết tắm chêm (e) Liên kết bang Bu lơng Hình 1.2, Một số loại liên kết cừ gỗ Hiện nay, với phát triên công nghệ gia công vật liệu màng vải lọc phía sau tường, cừ gỗ ứng dụng rộng rãi, đặc biệt cơng trình thủy bén thuyền, kè sơng, kè mỏ hàn, tường chắn, v.v b) Tường cừ bê tông đúc sẵn Tường cừ bê tông đúc sẵn hay tường cọc ván dạng đặc biệt tường chắn đất, thường sử dụng đế bảo vệ cơng trình ven sơng kết họp với việc chống xói lở bờ sơng Loại tường có ưu đặc biệt mơi trường biển, mơi trường có tính bào mịn cao cơng trình chịu tải trọng dọc trục lớn Tường cừ bê tơng đúc sẵn thường có khối lượng lớn, thiết kế có gia cố cốt thép đế chịu loại ứng suất thường xuyên tác dụng lên kết cấu sau xây dựng đế chịu ứng suất phát sinh q trình thi cơng Mặt cắt ngang loại tường rộng khoảng 500 800 mm, dày 150 - 250 mm Kinh nghiệm số cơng trình xây dựng cho thấy loại tường gây lún tăng thêm (do trọng lượng thân tường) lắp đặt đất yếu Trong trường họp này, chức ngăn nước tường bị ảnh hưởng Cừ bê tơng cốt thép có giá thành chấp nhận so với ứng dụng công nghệ truyền thống, sản xuất công xưởng nên dễ đại hóa, dễ kiếm tra chất lượng, xuất cao, sản xuất theo đơn nhiều chủng loại sản phâm theo quy cách khác nhau, đáp ứng nhiều dạng địa hình, địa chất, thi cơng dễ dàng xác, khơng cần mặt rộng Ớ vùng Miền Nam nước ta, nhiều cơng trình bờ kè gia cố sử dụng cơng nghệ Hình 1.3 sơ đồ hình chiếu đứng mặt cắt ngang tường cừ bê tông cốt thép ghép vữa đổ sau (a) ghép mộng (b) Ghép mộng (a) Tấm cừ ghép vữa đố sau (b) Tấm cừ ghép với bang mộng Hình 1.3 Tường cừ Bê tông cốt thép Các cọc ván bê tông thường loại cọc giữ ứng lực đế chịu áp lực từ kết cấu chắn giữ lực đóng thi cơng c) Tường cừ thép Tường cừ thép hay cừ ván thép (thuật ngữ tiếng anh Steel sheet pile) lĩnh vực xây dựng, loại sử dụng phổ biến Cọc ván thép dùng lần vào năm 1908 Mỹ dự án Black Rock Harbour, nay, tường cừ thép sữ dụng phổ biến ngành xây dựng Ưu điểm bật loại cừ so với loại cừ khác khả chịu ứng suất động cao, khả chịu lực lớn cừ có trọng lượng nhỏ, cừ dùng nước với ti thọ lớn Cừ ván thép cần dễ dàng gia tăng chiều dài cừ cách dùng mối nối hàn bulơng Ngồi ra, với tiện dụng, thời gian thi công ngắn khả tái sử dụng nhiều lần tính kinh tế kết cấu chắn giữ Tuy nhiên, tính bị ăn mịn mơi trường làm việc nhược điểm loại kết cấu chắn giữ kích thước, Mỹ cừ dày khoảng 10-13 mm, châu Au, tường cừ mỏng rộng Be rộng cừ thay đối từ 400 mm đến 750 mm Sử dụng cọc có bề rộng lớn thường đem lại hiệu kinh tế so với cọc có bề rộng nhỏ cần số lượng cọc tính độ dài tường chắn Hơn nữa, việc giảm số cọc sử dụng có nghĩa tiết kiệm thời gian, chi phí cho khâu hạ cọc, đồng thời giúp tăng khả Bảng 8-1: Thong số tường cừ Larsen FSP IV Thông số đầu vào tường Loại Giá trị EA (kN/m) 4.07e6 EI (kNm2/m) 6.48e4 Larsen FSP IV ứ co (kN.m/m) Loại neo chọn đê làm hệ thống bảo vệ hố móng loại neo dự ứng lực Lực neo cho neo 300kN cho tầng neo thứ 350kN cho tầng neo thứ hai ba Thông số cáp neo: E = 1.97 X 108 (kN/m2) A = 4.20x10 (m2) 167 =* EA = 1.97 X IO8 X 4.20x IO’4 = 8.27 X 104 (kN) Bảng 8-2: Thông số neo Lớp Thông số EA (kN/m) Bước neo (m) EA 8.27e4 kN/m 1.6m EA 1.10e5 kN/m 1.6m EA 1.10e5 kN/m 1.6m Lớp Thông số EA 3.18e5 kN/m 300 EA 3.18e5kN/m 350 EA 3.18e5kN/m 350 Bầu neo Lực kN Mực nước ngầm: Cơng trình có mực nước ngầm (nước tĩnh) -6.0m Hoạt tải giai đoạn thi công thi công: Độ lớn: q = 10 (kN/m2) Quy mô: phân bố rộng 10m xung quanh thành hố đào • Vị trí: cách thành tường vây 4m e Sử dụng phần mem Plaxis 2D mô công trình Các giai đoạn mồ kết phân tích mơ hình cơng trình minh họa tóm tắt qua hình ảnh Hình 8.23: Hình ảnh mơ cơng trình phần mềm Plaxis 2D 168 Effective stresses Extreme effective principal stress -338.94 kN/m Hình 8.24: Trạng thái ứng suất đất Active pore pressures Extreme active pore pressure -273.36 kN/m (pressure = negative) Hình 8.25: Áp lực nước 169 Hình 8.26: Phân tích mơ hình theo giai đoạn thi cồng Kết tính tốn chuyến vị tường cừ Hình 8.27: Chuyến vị tường giai đoạn đào -5m -8m 170 Hình 8.27: Chuyến vị tường giai đoạn đào -1 Im -13.3m Bảng 8-3: Kiểm tra chuyển vị tường vây Độ sâu đào He (m) -5 Chuyển vị ổhm (cm) 2.47 -8 Lần đào 0.5 % He (cm) Kiểm tra 2.5 Đạt 3.7 3.32 Đạt -11 5.48 5.5 Đạt -13.3 6.65 Đạt Đường bao nội lực M, Q, N tường: Tiến hành kiếm tra moment lực cắt lớn dẫn đến nguy hiểm cho hệ tường vây cho giai đoạn đào đất Biếu đồ đường bao nội lực tường vây 171 Envelope of Axial forces Envelope of shear forces Envelope of Bending moments Extreme axial force -749.11 kN/m Extreme in plane shear force -465.27 kN/m Exfreme bending moment 1.92*10 kNm/m a, lực dọc b, lực cắt c, mô men Hình 8.27: Lực dọc, lực cắt moment tường vây Giá trị lực dọc lớn hệ tường vây là: -749.11 (kN/m) Giá trị lực cắt lớn hệ tường vây là: -465.27 (kN/m) Giá trị moment lớn hệ tường vây là: 1920 (kNm/m) Sum-Msf Hình 8.28: Kết phân tích hệ số an tồn FS=1.761> |FS| = 1.2 172 PHÀN BÀI TẬP Bàil: Hình P1 tường cừ kiếu côngxon hạ đất hạt rời Ớ đây, L1 = m, L2 18 kN / m3, m, Ỵ = = 19 kN / m3, ộ'= 35° a Chiều sâu hạ cừ lý thuyết D bao nhiêu? b Khi D tăng thêm 30%, tổng chiều dài tường bao nhiêu? c Xác định mômen lý thuyết lớn tường cừ Bài Giải với số liệu sau: L1 = m, L2 = m, ỵ = 16 kN/m3, ỵ sat = 18 kN/m3 , ^' = 30° Bài Làm lại với thay đổi sau: L1 = 2.5 m, L2 = m, ỵ = 17.5 kN / m3, ỵ sat = 19kN/ m3, ộ'= 32° Bài Trên Hình 2.4, cho L = m, Ỵ =15 kN /m3, ệ'= 36° Tính chiều sâu hạ cừ lý thuyết, D, mô men lớn 173 Bài Lặp lại tập với thông số sau: L = m, /= 16 kN/m3, ệ'= 32° Bài.6 Hình 2.5 tường cừ tự kiểu cơngxon hạ vào lớp cát Xác định chiều sâu hạ cừ lý thuyết mômen lớn ỵ = 18 kN /m35 ộ'= 36°, L = m, p = 20 kN /m Bài Trên hình P7, cho L1 = m, L2 = m, ỵ = 16 kN /m3, /sat = 18 kN/m3, c = 35 kN/m2, ộ' = 30° a Tìm chiều sân chôn cừ lý thuyết D b D tăng 40% Chiều dài cần thiết tường cừ bao nhiêu? c Xác định mômen lý thuyết lớn trến tường cừ Hình P7 Bài Giải tập với số liệu sau: L1 = m, L2 = m, ỵ = 17 kN/m3, ỵ sat = 18 kN/m3, ộ'= 32° c = 10 kN/m2 174 Bài Trong hình 2.9, cho L = 4m, p = kN/m, c = 45 kN/m2, /sat = 19.2 kN/m3 Xác định giá trị chiều sâu cắm cừ lý thuyết D mơmen lớn Bài 10 Trên hình P10 tường cừ neo chắn đất Cho L1 = 4m, L2 = m, 11 = 2m, ỵ = 17 kN /m3 z sat = 19 kN /m3, ộ'= 34° a Tính tốn trị số chiều sâu hạ cừ lý thuyết, D b Vẽ biểu đồ phân bố áp lực c Xác định giá trị lực neo đơn vị dài tường Dùng phương pháp đất giữ tự Bài 11 Trong tập 10, giả sử Dthực = L3Diý thuyết- a Xác định mômen lý thuyết lớn b Dùng phương pháp giảm mômen Rowe, chọn mật cắt ngang cho tường cừ Lấy E = 210 X 103 MN /m2 va