Phân tích lựa chọn góc nghiêng hợp lý so với phương ngang của neo ứng lực trước trong tường chắn đất

1 Lêi giíi thiƯu Để phát triển kinh tế địi hỏi Việt Nam đầu tư hệ thống sở hạ tầng đặc biệt nghành giao thông vận tải Việc xây dựng cơng trình có quy mơ lớn đáp ứng nhu cầu giao thông vận tải dẫn đến việc áp dụng công nghệ xây dựng ngày nhiều phổ biến Nghành giao thông vận tải đà phát triển mạnh với kinh tế Những năm gần nước ta đầu tư xây dựng tuyến đường giao thông, đó có các đường cao tốc xây dựng ngày càng nhiều Để phục vụ xây dựng các công triǹ h nhà chuyên môn đã, sẽ ứng dụng công nghê ̣ Công tác tính toán thiết kế và xây dựng tường chắ n đất tẳ ng đứng đươ ̣c sử du ̣ng rô ̣ng raĩ , đặc biêṭ là các loại tường chắ n đấ t có neo (neo da ̣ng đing vít, neo ứng lực trước, v.v ) Neo đấ t kết hợp với phầ n kế t cấ u bảo vê ̣ bề mă ̣t tường chắ n ta ̣o mô ̣t hệ thống làm ổn định và chống lại chuyển vị mức đấ t cầ n bảo vê ̣ sau lưng Đây công nghệ tiên tiến sử dụng rộng rãi có hiệu lĩnh vực ổn định đường Công nghệ neo đất thi công xây dựng đường ô tô mang lại nhiều hiệu to lớn kinh tế kỹ thuật, chứng việc sử dụng rộng rãi nước giới Neo cho phép đào đấ t sau lưng tường chắn, cho phép thi công từ xuống giảm khối lượng chống đỡ Công nghệ neo đất có 30 năm áp dụng nhiều quốc gia Pháp, Mỹ, Thụy Sĩ, Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, Ấn Độ, Thái Lan Ở Việt Nam neo đất ứng dụng việc xây dựng số cơng trình giao thơng hầm Thủ Thiêm (Dự án Đại lộ Đông - Tây TP.HCM), hầm đường Hải Vân; Dự án hầm Đèo Ngang QL1A số đoạn thử nghiệm chống sụt trượt đường Hồ Chí Minh như: đoạn đèo Đá Đẽo (Quảng Bình), đoạn ATép - Thạch Mỹ Ở nước phát triển công nghệ neo đất phát triển mạnh, có thành tựu rất lớn nghiên cứu ứng dụng rộng rãi xây dựng cơng trình đường tơ Tuy nhiên, việt Nam việc ứng dụng công nghệ bắt đầu Để neo đất ứng dụng rộng rãi Việt Nam, góp phần làm đa dạng phương pháp thi công công trình xây dựng đường tơ, cần phải nghiên cứu hồn thiện lý thuyết tính tốn, nghiên cứu giải pháp sử dụng neo đất có hiệu quả, qua đưa giải pháp thiết kế hợp lý cho tường chắn đất có neo ứng lực trước cần thiết Vì lý tác giả lựa chọn giải đề tài: Phân tích Lựa chọn góc nghiêng hợp lý so với phương ngang neo ứng lực trước tường chắn t Nội dung Luận văn gồm: M u: Nêu cần thiết đề tài, mục đích, đối tượng, phạm vi, phương pháp nghiên cứu đóng góp đề tài Chương 1: Lịch sử nghiên cứu phát triển tường chắn đất có neo ứng lực truớc Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn phương pháp thi cơng tường chắn đất có neo ứng lực trước Chương 3: Phân tích - Lựa chọn góc nghiêng hợp lý so với phương ngang neo ứng lực trước tường chắn đất Kết luận kiến nghị: Đưa kết luận kết tính toán, hợp lý kiến nghị chung việc áp dụng công nghệ neo dạng ứng lực trước vào gia cố tường chắ n Mặc dù tác giả có nhiều cố gắng trình thực Luận văn, thời gian có phần cịn hạn chế khả có hạn nên khó tránh khỏi sai sót Rất mong cảm thông giúp đỡ thầy cô hội đồng độc giả Tôi xin chân thành cảm ơn Khoa đào tạo sau Đại học - trường Đại học Xây dựng, thầy môn Xây dựng Đường ô tô và đường đô thi ̣ đặc biệt PGS TS Nguyễn Ngọc Bích hướng dẫn tơi hồn thành tốt Luận Văn Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 27 tháng năm 2011 Học viên Phan Văn Tiến MỤC LỤC Lời giới thiêụ Các ký hiêụ dùng luâ ̣n văn Mở đầ u Sự cầ n thiế t của đề tài: Phạm vi nghiên cứu CHƯƠNG I: LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CỦA TƯỜNG CHẮN ĐẤT CÓ NEO ỨNG LỰC TRƯỚC 10 1.1 Một số khái niệm neo đất ứng lực trước tường chắn đất có neo ứng lực trước 10 1.2 Lịch sử nghiên cứu phát triển tường chắn đất có neo ứng lực trước.16 1.2.1 Trên giới 16 1.2.2 Ở Việt Nam 21 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN – THIẾT KẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP THI CƠNG TƯỜNG CHẮN ĐẤT CĨ NEO ỨNG LỰC TRƯỚC 23 2.1 Cơ sở lý thuyết tính tốn thiết kế tường chắn đất có neo ứng lực trước 23 2.1.1 Khái niệm tường chắn đất có neo ứng lực trước 23 2.1.2 Các bước tính tốn-thiết kế tường chắn đất có neo ứng lực trước 25 2.1.3 Tính tốn áp lực đất thiết kế tường chắn đất có neo ứng lực trước 27 2.1.4 Những biểu đồ áp lực đất cho mặt cắt đất nhiều lớp 33 2.1.5 Phương pháp phân tích nêm trượt 34 2.1.6 Áp lực nước 36 2.1.7 Áp lực đất tải trọng bề mặt gây 37 2.1.8 Thiết kế neo đất ứng lực trước 39 2.1.9 Thiết kế tường chắn đất dựa áp lực ngang 51 2.1.10 Tính tốn ổn định ngồi tường chắn đất có neo ứng lực trước: 58 2.2 Phương pháp thi công tường chắn đất có neo ứng lực trước 59 2.2.1 Các loại neo đất ứng lực trước 59 2.2.2 Các bước thi cơng tường chắn đất có neo ứng lực trước 62 2.3 Kết luận chương 67 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GĨC NGHIÊNG HỢP LÝ CỦA NEO ỨNG LỰC TRƯỚC SO VỚI PHƯƠNG NGANG CỦA TƯỜNG CHẮN ĐẤT 68 3.1 Mơ hình hóa tham số để xác định ảnh hưởng góc nghiêng neo ứng lực trước đến hiệu làm việc tường chắn đất 68 3.2 Phương pháp tính tốn thủ cơng truyền thống 69 3.3 Phân tích ảnh hưởng góc nghiêng neo đến nội lực tường chắn 79 3.4 Phân tích ảnh hưởng góc nhgiêng neo đến áp lực đất sau lưng tường chắn chuyển vị tường chắn 81 3.5 Phân tích ảnh hưởng góc nghiêng đến khả chịu lực neo 83 3.6 Phân tích ảnh hưởng neo góc nghiêng đến ổn định tổng thể tường chắn đất 84 3.6.1 Tường chắn thấp, H = 4m 85 3.6.2.Tường chắn trung bình, H=8m 87 3.6.3 Tường chắn có độ cao H=12m 88 3.7 Ứng du ̣ng tường chắ n đấ t có neo ứng lực trước và góc nghiêng của neo cho vùng Sơn Đô ̣ng - Bắ c Giang 90 3.7.1 Điều kiện chất địa tầng khu vực: 90 3.7.2 Phân tích các giải pháp chớ ng su ̣t trươ ̣t ta luy thiế t kế đường: 91 3.7.3 Phân tích lựa cho ̣n ̣ nghiêng của neo thiế t kế tường chắ n đấ t có neo cho vùng Sơn Đô ̣ng - Bắ c Giang: 92 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: 93 KẾT LUẬN: 93 KIẾN NGHỊ: 94 C¸c ký hiệu dùng luận văn Ký hiệu Mô tả Đơn vị At Diện tích tiết diện ngang dây neo mm2 B Hệ số sức chịu tải t-ơng đ-ơng với Nq/14 kN/m2 C Lùc dÝnh kÕt cđa ®Êt kN/m2 C’ Lùc dÝnh cã hiƯu cđa ®Êt kN/m2 Ca Lùc dÝnh thân kN/m2 CU Độ bền kháng cắt không thoát n-ớc kN Cub Độ bền chịu cắt không thoát n-ớc đầu phía gần bầu neo kN/m2 Cus Độ bền chịu cắt không thoát n-ớc trung bình suốt chiều dài thân kN/m2 D Đ-ờng kính bầu neo mở rộng FS Hệ số an toàn ổn định tổng thể s-ờn dốc H Chiều cao t-ờng chắn đất m L Chiều dài thân neo m Ln Chiều dài neo m L Chiều dài bầu neo m N Chỉ số SPT - Nq Hệ số sức chịu tải - Nc Hệ số sức chịu tải - N Hệ số thực nghiệm liên quan đến kỹ thuật đặt neo điều kiện đất m - Rtc C-ờng độ tiêu chuẩn đất kN/m2 S Hệ số an toàn truyền tải bầu neo đất - SV Khoảng cách neo theo ph-ơng mặt s-ờn dốc m SH Khoảng cách neo theo ph-ơng ngang m T Tải trọng neo kN Tt Thành phần tiếp tuyến lực neo kN Tn Thành phần pháp tuyến lực neo kN TW Tải trọng neo yêu cầu kN T Tải trọng thử kN Tlo Tải trọng neo khoá kN Th Tải trọng dài hạn neo kN Khả dính bám bầu neo đất kN W Träng l-ỵng cđa khèi tr-ỵt kN W Träng l-ỵng thân mảnh tr-ợt Wn Thành phần trọng l-ợng thân mảnh tr-ợt vuông góc Wt Thành phần trọng l-ợng thân mảnh tr-ợt song song Z Vị trí neo tính từ đỉnh s-ờn dốc m Zn Độ sâu khe nứt tách m ULT ứng lực tr-ớc - Góc neo so với ph-ơng ngang độ Góc nghiêng s-ờn dốc độ Góc ma sát đất độ Góc ma sát hữu hiệu đất độ Tf với mặt tr-ợt với mặt tr-ợt kN kN Mở đầu Sự cần thiết đề tài: Tng chn õt v neo đất hai loại kết cấu sử dụng rất phổ biến nghành xây dựng đường, thường dùng chống sạt lở đường, chống sạt lở mái ta luy đường Kết hợp tường chắn đất neo trong đất tạo nên kết cấu tường chắn đất có neo Tường chắn đất có neo có rất nhiều ưu điểm só với loại tường chắn thông thường Kết cấu neo cho phép tường chắn hạn chế đến mức tối đa trọng lượng bề dầy tường chắn, hạn chế khối lượng đào đắp, vật liệu làm tường chắn Thân thiện với mối trường hạn chế diện tích sử dụng đất xây dựng cơng trình Tường chắn đất có neo ứng lực trước có tác dụng tăng khả chịu kéo đất Neo đất hệ thống làm tăng ổn định kết cách truyền tải trọng kéo tới đất chịu tải an toàn Neo đất sử dụng phổ biến cho cơng trình xây dựng ngồi nước, sử dụng cách 50 năm chứng minh chất lượng tính kinh tế vượt trội so với phương pháp truyền thống như: Tường bê tông chịu lực, đất có cốt, giảm hệ số mái dốc, cải tạo đất, biện pháp nước mặt, Vì lý tác giả lựa chọn đề tài: “Phân tích – lựa chọn góc nghiêng hợp lý so với phương ngang neo ứng lực trước tường chắn đất” Phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: + Công nghệ neo ứng lực trước đất (Pre-Stressed Ground Anchors) + Tường chắn đất có neo ứng lực trước (Pre-Stressed Ground Anchored Wall) - Nhiệm vụ nghiên cứu + Nghiên cứu cấu tạo ứng dụng neo đất (Ground anchor) + Nghiên cứu lý thuyết tính tốn tường chắn đất có neo ứ ng lư c̣ trước +Tự động hóa thiết kế cơng trình tường chắn đất có neo ứng lực trước, sở lựa chọn giải pháp hợp lý áp dụng loại kết cấu - Phương pháp thực + Thu thập, biên dịch tài liệu có liên quan + Nghiên cứu công nghệ neo đất bảo vệ tường chắn đất + Nghiên cứu ứng dụng phần mềm Geoslop, Slide, Plaxis, Geo.5, nhằm tự động hố thiết kế cơng trình tường chắn đất có neo ứng lực trước - Ý nghĩa khoa học luận văn Góp phần nghiên cứu, phổ biến cơng nghệ neo đất nói chung tường chắn đất có neo ứng lực trước nói riêng nhằm phục vụ cơng tác thiết kế ổn định đường đào tuyến đường giao thông điều kiện xây dựng Việt Nam 10 CHƯƠNG I LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CỦA TƯỜNG CHẮN ĐẤT CÓ NEO ỨNG LỰC TRƯỚC 1.1 Một số khái niệm neo đất ứng lực trước tường chắn đất có neo ứng lực trước Neo đất vữa ứng lực trước (dự ứng lực) phận kết cấu lắp đặt đất hay đá để truyền lực kéo cho đất Loại neo thường lắp đặt hố khoan đầy vữa Các neo đất vữa giống (dây) giằng (“Tieback”) Những thành phần neo đất vữa bao gồm: (1) neo; (2) chiều dài neo tự (chiều dài neo không liên kết); (3) chiều dài liên kết Những thành phần thành phần khác neo đất ứng lực trước phác họa dạng sơ đồ hình 1.1 Ống loe Đầu neo Ống bảo vệ neo Tấm đệm Tường Thanh tự Vữa neo Thanh liên kết với vữa Hình 1.1 Những thành phần neo đất 81 Quá trình phân tích trường hợp chiều cao tường chắn đất ta thấy rằng: Khi góc nghiêng neo thay đổi từ 10o đến 35o mô men lực cắt tường chắn thay đổi theo Sự thay đổi giá trị mô ment lực cắt thành phần lực tiếp tuyến tăng lên góc nghiêng neo tăng lên Thành phần gây lực nén dọc trục lớn làm giá trị mô ment lực cắt thay đổi Giá trị moment thay đổi