Hiện nay có rất nhiều phương pháp đưa ra để tính toán tường trong đất có các thanh neo như: Phương pháp Sachipana (Nhật bản); Phương pháp Đàn hồi có xét đến ma sát giữa đất và tường chắn (Quy phạm thiết kế móng công trình xây dựng của Nhật bản); Phương pháp có xét đến ảnh hưởng của lực trục thanh chống ở các tầng thanh chống theo tiến triển của việc đào đất; Phương pháp Số gia; Phương pháp phần tử hữu hạn ( trên nền đàn hồi, PTHH trên bản móng đàn hồi, PTHH có xét quan hệ của đất với tường chắn); Phương pháp B.N.Giêmoskin cho phép tính toán có xét đến liên kết một phía của kết cấu với nền; Phương pháp của BliumLomeier xem áp lực đất phía trước tường là phân bố đều, độ cứng cứng của nó phân bố phía dưới
Vi - Tính toán tường đất I Tổng quan lựa chọn phương pháp tính tường đất Hiện có nhiều phương pháp đưa để tính toán tường đất có neo như: - Phương pháp Sachipana (Nhật bản); - Phương pháp Đàn hồi có xét đến ma sát đất tường chắn (Quy phạm thiết kế móng công trình xây dựng Nhật bản); - Phương pháp có xét đến ảnh hưởng lực trục chống tầng chống theo tiến triển việc đào đất; - Phương pháp Số gia; - Phương pháp phần tử hữu hạn ( đàn hồi, PTHH móng đàn hồi, PTHH có xét quan hệ đất với tường chắn); - Phương pháp B.N.Giêmoskin cho phép tính toán có xét ®Õn liªn kÕt mét phÝa cđa kÕt cÊu víi nỊn; - Phương pháp Blium-Lomeier xem áp lực đất phía trước tường phân bố đều, độ cứng cứng phân bố phía Để thuận lợi đơn giản việc xác định áp lực lên tường chắn ta dùng phương pháp Sachipana gần Nhật Bản, với phương pháp tính Lực trục chống Mômen thân tường không biến đổi theo trình đào đất Một số giả định đưa để tính toán sau: + Trong đất có tính dính, thân tường xem đàn hồi dài vô hạn + Phản lực chống hướng ngang đất bên mặt đào chia làm hai vùng: Vùng dẻo đạt tới áp lực đất bị động có độ cao l; Vùng đàn hồi có quan hệ đường thẳng với biến dạng thân tường + Sau khi lắp đặt chống xem chống bất động + Sau lắp đặt tầng chống xem trị số lực trục tầng chống không thay đổi, thân tường từ lên trì vị trí cũ Phương pháp giải gần dùng hai phương trình cân b»ng tÜnh: Y = MA = k 1 Y = - N i 1 1 N k v.x m W xm2 .hok2 .hok xm ( h0k x m ) x m 2 Víi = - Suy ra: Nk = .h0.xm + .h0k2/2 - W.xm2/2 – v.xm - k 1 N i - .h0k.xm/2 + .xm2/2 (1) k 1 M A N i (hik xm ) N k (hkk x m ) x2 x l .h0 k x m ( h0 k xm ) m 2 h 1 v.x m W x m3 .h02k ( k x m ) (2) Thay (1) vào (2) ta được: (W - )xm3/3 (.h0k/2 – v/2 – W.hkk/2 + x.hkk/2- .h0k/3) xm2 k 1 k 1 1 - (.h0k – v – .h0k/2).hkk.xm – [ N i hik hkk N i +.h0k2(hkk – h0k/3)/2] = (2a) Víi: - áp lực tĩnh chủ động tác dụng lên mét dài tường (theo chiều cao tường) - áp lực tĩnh đất tác dụng lên mét dài theo chiều cao tường w - áp lực nước wx + v trị số áp lực đất phía bị động xm chiều sâu tường đất tối thiểu giai đoạn đào đất Tường cắm vào lớp đất sau: - Lớp đất lấp: có chiều dày 1,2 m - Lớp Sét dẻo cứng: cã chiỊu dµy 4,6 m vµ = 18,2 kN/m3, c = 19, = 13o - Líp SÐt pha dẻo mềm: có chiều dày 3,4 m = 17,5 kN/m3, c = 5, = 11o - Líp Sét pha dẻo chảy: có chiều dày 3,6 m = 18,5 kN/m3, c=10, = 16o - Líp Cát pha dẻo: có chiều dày 6,7 m = 19,2 kN/m3, c = 25, = 18o - Lớp Cát bụi chặt vừa: có = 19 kN/m3, = 30o - - II Xác định sơ đồ tính tường đất: Sơ đồ tính toán tường đất thể từ trình thi công sau: Đào đất đến độ sâu - 3,4 m (kể từ mặt đất) ta đặt đợt chống thứ (tổng quát chống neo, sàn tầng hầm bêtông cốt thép hệ chống thép hình) Đào đất đến độ sâu - 7m đặt tiếp đợt chống thứ hai Đào đất đến độ sâu -10,6m đặt tiếp đợt chống thứ ba Và tiếp tục đào đất đến độ sâu đáy đài 13m kết thúc trình đào đất -1.00 Đ ất l ấp hàng c hố ng -2.20 sét d ẻ o c øn g -6.80 MNN -7.5 hµ n g c hè n g sÐt ph a d Ỵ o mỊm -10.20 hµ n g c hè n g sét ph a d ẻ o c h ả y -13.80 c ố t đá y đà i c ¸ t ph a d Ỵ o -20.50 c ¸ t bơ i c h Ỉt v õ a Ta thấy rằng: thực tế công trình mặt đất xung quanh tường chất vật liệu lán trại xây dựng, có phương tiện nhẹ lại lên mặt đất hố móng công trình, đà chất phần tải trọng phân bố q, giả thiết q = T/m2 = 10 kN/m2 Tưởng tượng kéo dài lưng tường chắn đến chiều cao h Từ xác định trị số áp lực đất theo lý thuyết áp lực đất Raikine, vào mực nước ngầm để tính toán áp lực nước, lấy 1m theo chiều dài thân tường để tính II.1 Tính áp lực đất nước lên tường: II.1.1 Tính áp lực đất chủ động tác dụng lên tường: - độ sâu Z = 1,2 m: p 1cd, 21 = (q + .h) tan2(450 - ) – 2c.tan(450 - ) 2 = (10 + 17 x 1,2) tan2(450) = 30,2 (KN/m2) - độ sâu z = 3,4 m: 13 13 3, 2 p cd * 19 tan 45 25,3KN / m p cd 18, * 2, tan 45 2 - độ sâu z = 5,8 m: 13 13 ,8 2 p cd * 19 tan 45 22,7 KN / m p cd 18,2 * 2,4 tan 45 2 - độ sâu z = 7,0 m: 11 11 pcd7 pcd 17,5 *1,2 tan 450 * tan 450 28,7 KN / m 2 2 - ë ®é s©u z = 9,2 m: 11 11 9, 2 p cd * tan 45 46,62 KN / m p cd 17,5 * 2, tan 45 2 - độ sâu z =10,6 m: 16 ,6 9,2 2 16 p10 2*10 tan45 46,26KN/ m cd6 pcd4 18,5*1,4 tan 45 2 2 - độ sâu z = 13,3 m: 16 16 ,3 10 , 2 45 p 13 p 18 , * , tan 45 * 10 tan cd cd 2 59,55 KN / m II.1.2 TÝnh ¸p lùc níc ngầm: Trong trình thi công, phải đảm bảo mực nước ngầm thấp mặt đất đào 1m Do chênh áp lực nước tính sau: - Giai đoạn 1: đào đến độ sâu - 3,4 m (so với mặt đất) mực nước ngầm tự nhiên độ sâu - 6,5m, đảm bảo điều kiện thi công đặt ra, giai đoạn này, áp lực nước ngầm hai bên tường cân - Giai đoạn 2: đào đất đến độ sâu 7m (so với mặt đất), hạ thấp mực nước ngầm bên lòng tường xuống 1m so với mặt đất thi công, độ chênh lệch mực nước độ sâu h 1,5m áp lực nước tính sau: p w h 10 *1,5 15KN / m - Giai đoạn 3: đào đất đến độ sâu 13,3 m (so với mặt đất), hạ thấp mực nước ngầm bên lòng tường xuống 1m so với mặt đất thi công, độ chênh lệch mực nước độ sâu h 7,8m áp lực nước tính sau: p w h 10 * 7,8 78KN / m II.1.3 Tính áp lực đất bị ®éng - ë ®é s©u –7m PP = .x.tan2(450 + ) + 2c.tan(450 + ) 2 = 17,5*x*tan2(450 + 110 110 ) + 2*5.tan(450 + ) 2 = 25,75.x + 12,131 VËy cã, w7 = 25,75 v7 = 12,131 III Xác định độ sâu chôn tường, lực dọc chống mômen thân tường Khi xác định chiều sâu tường đất việc tường làm việc cách bình thường cần ý đến việc hạ sâu thêm để ngăn nước Trị số phần cắm sâu thêm lấy sau: Trong đá chặt: 0,5 - 1m, đá biến chất sét chặt: 0,75 1,5m, sét dẻo sét dẻo: 1,5 - 2m Với công trình này, đào đất đến cốt 13,3m (lớp cát pha dẻo) nên ta chọn độ cắm thêm xm Giai đoạn I Đào đất đến độ sâu -3,4m (tính từ mặt đất) đặt hàng chống thứ Sau đào đất đến độ sâu 3,4m (so với mặt đất), ta tiến hành đặt hàng chống thứ Gọi N 1I lực dọc chống thứ Tại thời điểm này, áp lực đất chủ động tác dụng lên tường bé, nên coi N1I Mômen uốn thân tường độ sâu là: M 1I 67,5KNm 6,75Tm Tiếp tục đào đất áp lực đất chủ động tăng dần áp lực đất bị động giảm dần, xuất lực nén hàng chống Giai đoạn II Đào đất đến độ sâu -7m (tính từ mặt đất) đặt hàng chống thứ hai Tại giai đoạn này, gọi lùc däc hµng chèng thø nhÊt lµ N 1II Sè chèng k = 1, hok = 7m, hkk = h1k = 3,6m, Nk = N1II Dïng c«ng thøc (2a) t×m xm: 1 1 1 (W - )xm3 – ( .h0k – v – W.h kk + x.hkk - .h0k) xm2 2 2 - (.h0k – v – k 1 k 1 1 .h0k).hkk.xm – [ N i hik hkk N i + .h0k2(hkk – h0k)] 2 1 =0 Xác định hệ sè , , : Pa p cd7 p w 28,7 15 43,7 KN / m = Pa P7 43,7 28,7 = = 6,25 ; = cd = = 4,1 ; = - = 6,25 – 4,1 = 2,15 h1 h1 1 1 (25,75 – 4,1)xm3 – ( 6,25*7 – 12,131 – 25,75*3,6 - 2,15*7) xm2 2 1 - (6,25*7 – 12,131- 2,15*7).3,6.xm – [ 6,25*72*(3,6 – 7)] = 2 7,22xm3 + 35,55*xm2 – 86,74xm – 194 = xm3 + 4,93xm2 – 12xm – 26,87 = Gi¶i phương pháp thử dần, ta được: xm = 2,8 m Dùng công thức (1) tìm lực trục chèng thø hai N 2II : Nk = .h0k.xm + 1 .h0k2 - W.xm2 – v.xm 2 k 1 N i - 1 .h0k.xm + .xm2 2 (1) 1 6,25*72 - 25,75*2,82 – 12,131*2,8 2 1 - *2,15*7*2,8+ 4,1*2,82 = 135,7 kN = 13,57 tÊn 2 N 1II = 6,25*7*2,8 + => Mômen uốn thân tường tạo độ sâu 7m lµ : M 2II 19,4Tm q = T/m2 - 1.00 II N = 13,57 t II M = 6,75 Tm - 7.5 III M = 19,4 Tm +Y -Y +X -Y +Y +X Giá trị lực dọc hàng neo Biểu đồ mômen tƯờng Barét Biểu đồ nội lực chống thân tường giai đoạn thi công II Giai đoạn III Đào đất đến độ sâu 10,6m (tính từ mặt đất) đặt hàng chống thứ ba Với k = 2; Nk = N 1II = 135,7 kN; hok = 10,6 m, h1k = 7,2 m; hkk = h2k = 3,6 m; Nk = N 2III ; w; v; ; ; Dùng công thức (2a) tìm xm: 1 1 1 (W - )xm3 – ( .h0k – v – W.h kk + x.hkk - .h0k) xm2 2 2 - (.h0k – v – k 1 k 1 1 .h0k).hkk.xm – [ N i hik hkk N i + .h0k2(hkk – h0k)] 2 1 =0 1 1 (25,75- 4,1)xm3– ( 6,25*10,6– 12,131– 25,75*3,6- 2,15*10,6)xm2 2 - (6,25*10,6 – 12,131- 2,15*10,6).3,6.xm – 1 - [135,7*7,2 – 135,7*3,6 + 6,25*10,62*(3,6 – 10,6)] = 7,22xm3 + 26,89xm2 – 153,8xm – 513,2 = xm3 + 3,72xm2 – 21,3xm – 71,1 = Giải phương pháp thử dần, ta được: xm = 4,5 m Dùng công thức (1) tìm lực trôc chèng N 2III : Nk = .hok.xm + 1 .h0k2 - W.xm2 – v.xm 2 k 1 N i - 1 .h0k.xm + .xm2 2 (1) => N 2III = 6,25*10,6*4,5 + 6,25*10,62 - 25,75*4,52 – 12,131*4,5 2 - 135,7 - 1 *2,15*10,6*4,5 + 4,1*4,52 = 188,8 kN = 18,85 2 => Mômen uốn thân tường độ sâu 10,6m là: M 3III 30,4T q = T/m2 - 1.00 II N = 13,57t i M = 6,75 Tm - 7.5 III N = 18,8t II M = 19,4 Tm III M3 = 30,4 Tm +Y -Y -Y +Y +X +X Giá trị lực dọc hàng neo Biểu đồ mômen tƯờng Barét Biểu đồ nội lực chống thân tường giai đoạn thi công III Giai đoạn IV Đào đất đến độ sâu 13,3m (tính từ mặt đất) - kết thúc trình đào đất Víi k = 3; Nk = N 1II = 135,7 kN; Nk = N 2II = 188,8 kN; hok = 13,3 m, h1k = 9,9 m; h2k = 6,3m ; hkk = 2,7 m ; Nk = N 3III ; w; v; ; ; Dùng công thức (2a) tìm xm: 1 1 1 (W - )xm3 – ( .h0k – v – W.h kk + x.hkk - .h0k) xm2 2 2 - (.h0k – v – k 1 k 1 1 .h0k).hkk.xm – [ N i hik hkk N i + .h0k2(hkk – h0k)] 2 1 =0 1 1 (25,75- 4,1)xm3– ( 6,25*13,3 – 12,131– 25,75*2,7- 2,15*13,3)xm2 2 - (6,25*13,3 – 12,131- 2,15*13,3)*2,7*xm – - [(135,7*9,9 + 188,8*6,3) – (135,7 + 188,8)*2,7 + + 1 6,25*13,32*(2,7 – 13,3)] = 7,22xm3 + 8,79xm2 – 153,1xm – 701 = xm3 + 1,22xm2 – 21,2xm – 97,1 = Giải phương pháp thử dần, ta được: xm = 5,64 m Dùng công thức (1) tìm lực trục chèng N 3IV : Nk = .hok.xm + 1 .h0k2 - W.xm2 – v.xm 2 k 1 N i - 1 .h0k.xm + .xm2 2 (1) => N 2IV = 6,25*13,3*5,64 + 6,25*13,32 - 25,75*5,642 – 12,131*5,64 2 - 135,7 - 1 *2,15*13,3*5,64 + 4,1*5,64 = 204,5 kN = 20,45 2 => Mômen uốn thân tường độ sâu 13,3m là: => M 4IV 50Tm q = T/m2 - 1.00 II N = 13,57t i M = 6,75 Tm - 7.5 III N = 18,8t II M = 19,4 Tm Iv N = 20,45t III M3 = 30,4 Tm IV M4 = 50 Tm +Y -Y -Y +Y +X +X Giá trị lực dọc hàng neo Biểu đồ mômen tƯờng Barét Biểu đồ nội lực chống thân tường giai đoạn thi công IV Xét thấy, x = 5,64m chân tường Diaphramg nằm lớp Cát pha dẻo, mà lớp lớp yếu, có N = 21 Nên ta phải kéo dài cho chân tường nằm lớp Cát bụi chặt vừa (có N = 30) đoạn 2,5 m Các lý khác cho lựa chọn là: - Bản thân tường đất không chịu tải trọng công trình, mà chịu trọng lượng thân phần tải trọng từ sàn tầng hầm - Tường đất không phép lún, xảy lún phá vỡ liên kết với sàn tầng hầm cùng, điều dẫn đến nước ngầm thẩm thấu vào hầm Vậy tổng độ dài tường Diaphramg là: H = 22cm IV Xác định sơ kích thước tiết diện tường Diaphramg: Các kích thước sơ tường sau: - Chiều dầy tường chọn theo sở sau: + Theo yêu cầu chống thấm + Từ Mômen tường, ta tính chiều cao làm việc tường (h0) th«ng qua c«ng thøc: h0 = A M Với b chiều rộng dải tường cần tính toán Rn.b Trong toán này, chọn b = 0,8m (theo chiều cao tường) + Căn vào công nghệ phương tiện thi công thực tế Thường thi công cạp tường gầu ngoạm, có kích thước gÇu: 600, 800, 1000mm + Chän theo kinh nghiƯm V Kiểm tra ổn định kết cấu chắn giữ: Kiểm tra chống trồi đáy hố móng có xét đồng thời c theo công thức sau: KL D.N q c.N c (*) H q (Công thức kiến nghị nhà nghiên cứu Uông Bỉnh Giám - Đại học Đồng Tế - Trung Quốc có tham khảo từ công thức xét khả chịu lực đất Prandtl Terzaghi) Trong ®ã: KL 1,2 –1,3, bá qua t¸c dơng chống trồi lên cường độ chịu cắt phía sau tường Với điều kiện đất công trình đà nêu phần I, ta chọn KL = 1,3 (thiên an toàn) D- Độ chôn sâu thân tường xác định theo công thức chống lật (So sánh với tiêu chuẩn hướng dẫn thực hành móng - Tiêu chuẩn BS 8004:1986 Anh, Nhà xuất Xây Dựng 2002) Như đà tính toán trên, có D = 8,7m q = 1T/m2: Siêu tải đặt mặt đất 1: Trị bình quân trọng lượng tự nhiên lớp đất phía hố đào (từ mặt ®Êt ®Õn ®¸y têng) 1 = 1,2 *18 18,2 * 4,6 17,5 * 3,4 18,5 * 3,6 19,2 * 6,7 19 * 2,5 18,5 (kN/m 3) 1,2 4,6 3,4 3,6 6,7 2,5 2- Trị bình quân trọng lượng tự nhiên lớp đất phía hố đào (Kể từ mặt đào đến đáy tường) 19,2 * 6,2 19 * 2,5 19,15 (kN/m 3) 6,2 2,5 Nc , Nq – hƯ sè tÝnh to¸n khả chịu lực giới hạn đất (Xác định theo Terzaghi) Tại đáy hố đào sâu 13,3m (thuộc lớp cát pha dẻo), có c = 25, = 180 Vậy giá trị N q Nc xác ®Þnh nh sau: tan e = 5,64 Nq 2 o cos 45 N c N q 1 = 14,27 tan Thay vào công thức (*) ta được: KL 19,15 * 8,7 * 5,64 25 *14,27 3,1 > 1,3 18,5 * 22 10 Vậy hố móng thoả mÃn điều kiện chống trồi VI Tính toán cốt thép chịu lực cho tường: - Xác định cốt thép chịu lực: Cắt dải têng Diaphramg cã chiỊu réng 1m theo chiỊu dµi têng, coi vị trí neo gối tựa Từ đó, coi dải dầm đơn giản liên tục gối lên gối tựa vị trí bố trí hàng chống áp lực đất Sơ đồ tính toán tƯờng diaphramg Công thức tính dầm đơn giản, tính với giá trị mô men lớn nhất: Chọn bê tông mác 300, cã Rn = 130 kg/cm2 Chän thÐp chÞu lùc AII, cã Ra = 2800KG/cm2 + M = 50 (T.m) A M 50 x10 0,07 < Ao = 0.428 Rn bh02 130 x100 x74 = 0,5(1+ 1 A ) = 0,9636 Fa = M 50.10 = 25,04cm 2800.0,9636.74 Ra h0 Chọn ỉ32a200, có Fa = 40,2 cm2 , thép bè trÝ ®èi xøng 10 = Fa 100% = 0,54 % bh o - Cèt thÐp ngang chän theo cÊu tạo 20a300 - Phía lồng thép bố trí ngang 20 có khoảng cách: > đường kính èng Tremie A = 200mm 10D chÞu lùc 1,5B – Víi B lµ chiỊu dµy têng VËy chọn khoảng cách thép ngang A = 800mm - Tại vị trí cao độ sàn vị trí đài móng, ta phải đặt thêm cốt thép chịu lùc c¾t, thĨ: Trong chiỊu cao 1m vïng cao độ mức sàn 3,7m vị trí đài móng, ta đặt xen kẽ thêm thép 20 vào hai 32a200 - Trong vïng nµy, cèt thÐp ngang đặt dày hơn, 20a200 Hình vẽ bố trí thép têng Diaphramg nh sau: 11 32 a200 20 a200 20 a300 - 4.2 20 a200 20 a200 - 7.8 20 a200 32 a200 20 a300 2 -11.4 20 a200 32 a200 32 a200 1 20 a800 VII Tính chuyển vị tường phần mềm Sap 2000 _8.3.2: Sơ đồ tính toán: 12 ng ne l t Ườ cá c pa d ầm sà n t ần g h ầm c ộ t c ố địn h c hè n g t¹ m c é t c ố địn h c ộ t tạ m c ä c kh o a n n h å i ph Ư n g n Ch ố n g đỡ t Ư n g d ia ph r a mg 13 Kết chuyển vị thân tường cao độ mức sàn từ chương trình Sap_2000 8.3.2: TABLE: Joint Displacements Joint OutputCase CaseType Text Text Text 13 DEAD LinStatic 14 DEAD LinStatic 16 DEAD LinStatic 18 DEAD LinStatic U1 m 6.12E-03 5.86E-03 4.81E-03 3.10E-03 U2 m 1.30E-07 6.55E-08 -1.26E-06 -2.72E-06 U3 m 2.44E-04 2.54E-04 2.74E-04 1.35E-04 R1 Radians -1.35E-07 -6.57E-08 -3.40E-07 -1.07E-07 R2 Radians 8.78E-05 1.75E-04 3.30E-04 8.42E-04 R3 Radians -8.88E-10 -8.92E-09 5.55E-08 8.86E-08 Ta thấy chuyển vị lớn tường đỉnh tường, có trị số 6,12mm, trị số nhỏ, nên phương án bố trí hệ thống chống đỡ tường hợp lý 14 Tường làm việc giới hạn an toàn ứng suất 15