Cơ sở lựa chọn tường barrette cho tầng hầm nhà cao tầng

LVTS9 Cơ sở lựa chọn tường Barrette cho tầng hầm nhà cao tầng Đăng ngày 24062011 11:03:00 PM 486 Lượt xem 1386 lượt tải Giá : 0 VND Cơ sở lựa chọn tường Barrette cho tầng hầm nhà cao tầng Hãng sản xuất : Unknown Đánh giá : 0 điểm 1 2 3 4 5

NguyÔn thanh h¶i

C¥ Së LùA ChäN T¦êng barrette cho

tÇng hÇm nhμ cao tÇng

LuËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt

Chuyªn ngμnh: X©y dùng D©n dông vμ C«ng nghiÖp

HÀ NỘI - 2011

NGUYÔN THANH H¶I

Tôi xin cam đoan số liệu vμ kết quả nghiên cứu trong luận văn nμy lμ trung thực vμ ch−a hề đ−ợc sử dụng để bảo vệ một học vị nμo

Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn nμy đã

đ−ợc cảm ơn vμ các thông tin trích dẫn đã đ−ợc chỉ rõ nguồn gốc

cô trong Khoa sau đại học - Trường Đại học Kiến trúc Hμ Nội với những chỉ dẫn vμ giúp đỡ trong quá trình học tập cũng như khi tiến hμnh lμm luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.Lê Kiều người trực tiếp hướng dẫn khoa học, các thầy giáo trong Bộ môn Thi công - Trường Đại học Kiến trúc Hμ Nội đã có những ý kiến đóng góp quý báu cho nội dung của luận văn Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn gia đình vμ các bạn đồng nghiệp đã

động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập vμ thực hiện đề tμi

Vì thời gian thực hiện luận văn có hạn nên không thể tránh khỏi những hạn chế vμ thiếu sót Tôi rất mong nhận được sự đóng góp của quý thầy cô, bạn bè vμ đồng nghiệp

Tác giả

1.1.Tính cấp thiết của đề tài:

- Hiện nay ở Việt Nam các công trình nhà cao tầng đang được xây dựng

nhiều, một phần không thể thiếu trong công trình nhà cao tầng là tầng hầm Xây dựng các tầng hầm có nhiều mục đích như về nhu cầu sử dụng tầng hầm làm nơi để xe, nơi để thiết bị hệ thống kỹ thuật Công trình có tầng hầng làm tăng tính ổn định cho công trình Tường tầng hầm ( Barrette) nhà cao tầng thường là tường bê tông cốt thép đổ tại chỗ vây xung quanh công trình, chiều dày tường vây phụ thuộc vào chiều sâu của tầng hầm và các yếu tố khác như phương pháp thi công, lực tác động lên tường việc xác định tường có chiều dày hợp lý, tiết kiệm, đủ khả năng chịu lực và đảm bảo yêu cầu kỹ thuật là cần thiết

1.2 Mục đích, nhiệm vụ nghiên cứu:

Mục đích:

- Nghiên cứu các yếu tố tác động lên tường tầng hầm từ đó lựa chọn chiều dày tường tầng hầm hợp lý và đưa ra các kiến nghị phù hợp

Nhiệm vụ:

- Nghiên cứu áp dụng các lí thuyết về tính toán tường tầng hầm

- Nghiên cứu cách xác định tải trọng ngang lên tường tầng hầm

- Áp dụng chương trình trên máy tính để mô phỏng và phân tích các bài toán tương tự

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

- Đối tượng nghiên cứu là các công trình xây dựng có tường tầng hầm

- Phạm vi nghiên cứu: tường mềm BTCT, tường Barrette (tường vây)

1.5 Hướng kết quả nghiên cứu:

- Kiến nghị và các giải pháp phù hợp hơn

1.6 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài:

- Đưa ra được cái nhìn chung về tính toán xác định tường tầng hầm

- Đề tài phù hợp với yêu cầu thực tế, áp dụng cho các công trình có tầng hầm, từ đó lựa chọn phù hợp và kinh tế

- Đưa ra được kết luận và kiến nghị phù hợp

1.Tính cấp thiết của đề tài:

2 Mục đích, nhiệm vụ nghiên cứu

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4 Nội dung nghiên cứu

5 Hướng kết quả nghiên cứu

6 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài

II Nội dung luận văn

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG BARRETTE

1.1.4 Ưu điểm khi sử dụng tường barrett cho tường tầng hầm 2

1.1.5 Hạn chế chưa đạt khi sử dụng tường barrett cho tường tầng hầm 3

1.2 Lựa chọn tường Barrette cho tầng hầm nhà cao tầng 3

1.2.2 Về mặt kết cấu 3

1.6 Công nghệ thi công tầng hầm nhà nhiều tầng 13

Chương 2: PHÂN TÍCH SỰ LÀM VIỆC CỦA TƯỜNG BARRETTE

2.2 Phương pháp dựa trên lý thuyết cân bằng giới hạn 20

2.2.4.1 Áp lực đất trong trường hợp đất không đồng nhất 31

2.2.4.2 Áp lực đất trong trường hợp có nước ngầm 31

2.2.4.3 Áp lực từ các phương tiện giao thông lên tường 34

2.2 4.4 Áp lực từ công trình hiện hữu 35

2.2.5 Hệ số động đất 35

2.2.6 Hệ số nền 36

2.3.2 Tính toán tường có một thanh chống 41

2.3.3 Tính toán tường có nhiều thanh chống 44

2.3.4 Tính toán tường liên tục trong giai đoạn thi công 46

2.3.4.1.Tính toán tường theo phương pháp Sachipana 46

2.3.4.2.Tính toán tường liên tục theo phương pháp phần tử hữu hạn 51

2.3.4.3 Phương pháp phần tử hữu hạn, sử dụng phần mềm Plaxis 53

Chương 3: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CHIỀU DÀY TƯỜNG BARRETTE

Ví dụ Tính toán lựa chọn chiều dày tường tầng hầm công trình Khách sạn

Phương Đông tỉnh Khánh Hòa (sâu 3 tầng hầm) 57

3.1 Ảnh hường chiều cao tầng chống đến tường chắn 61

3.2 Ảnh hưởng của nước ngầm đến tường chắn 75

3.3 Ảnh hưởng của các loại đất đến tường chắn 86

Kết luận và kiến nghị

1 Kết luận 97

2 Kiến nghị 97 Tài tham khảo

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TƯỜNG BARRETTE

1.1 Giới thiệu về tường Barrette

1.1.1 Khái niêm về tường Barratte

- Tường Barrette là một loại tường trong đất bằng bê tông cốt thép được đúc tại chỗ, thi công bằng lưỡi khoan loại gầu ngoạm hình chữ nhật Tường Barrette thường có tiết diện hình chữ nhật, có chiều rộng từ 0,6-1,5m, chiều dài từ 2,5-3,0m và chiều sâu từ 12-30m, cá biệt có những tường sâu đến 100m Tại Việt Nam đã làm một số công trình sâu từ 18-22m rộng 0,6-0,8m Các tấm tường Barrette được nối với nhau bằng roan cao su chống thấm

1.1.2 Vật liệu chủ yếu làm tường Barrette

- Tường Barrette thường làm bằng bê tông đá 1x2 mác 250#-450# (khoảng

450 kg Xi măng cho 1m3 bê tông)

- Cốt thép thường sử dụng loại AI-AII

o Thép dọc thường dùng loại AII

o Thép đai thường dùng loại AI-AII

1.1.3 Kích thước hình học của tường Barette

- Tiết diện ngang của tường thông dụng nhất là hình chữ nhật, hình chữ L Chiều rộng của tường phụ thuộc vào yêu cầu của công trình, chiều sâu phải đủ dài để cắm vào lớp đất tốt

1.1.3.1 Khi chọn chiều dày của tường barette thường căn cứ vào các yếu tố :

- - Chiều sâu của tường chôn trong đất, chiều sâu của tường càng lớn thì áp lực đất tác dụng lên tường càng tăng nên chiều dày của tường phải đảm bảo về khả năng chịu lực và biến dạng, thông thường chọn như sau:

+ Công trình có 1 tầng hầm, chiều sâu tường chôn trong đất từ 3-5m, chiều dày tường chọn từ 200-300 mm

+ Công trình có 2 tầng hầm, chiều sâu tường chôn trong đất từ 8-14m, chiều dày tường chọn từ 400-600 mm

+ Công trình có 3 tầng hầm, chiều sâu tường chôn trong đất từ 18-30m, chiều dày tường chọn từ 600-800 mm

+ Công trình có >= 4 tầng hầm, chiều sâu tường chôn trong đất từ 25-40m thì chiều dày tường chọn từ 800-1200 mm

- Địa chất công trình: Những vùng có nước ngầm cao, có cát chảy, bùn chảy

thì chiều dày tăng thêm nhằm tăng khả năng chống thấm cho tường

- Thiết bị thi công khoan tạo lỗ: Bề rộng của gầu khoan thường có kích thước 400, 600, 800, 1000, 1200 mm

- Biện pháp thi công: Biện pháp thi công tầng hầm ảnh hưởng đến chiều dày của tường, vì trong quá trình thi công đào đất sẽ làm thay đổi sơ đồ làm việc của tường, khi đó tường làm việc theo dạng conson, dạng conson có một thanh chống, conson nhiều thanh chống

- Hình dáng của tường barrette:

+ Hình dạng theo chu vi của diện tích xây dựng, dạng hình vuông hay hình chữ nhật, gấp khúc

+ Hình dạng kích thước của tường: Tường phẳng hoặc tường có sườn, sườn là những thanh thép hình chữ H, I đặt ngang hoặc thẳng đứng

1.1.4 Những ưu điểm khi sử dụng tường barrett cho tường tầng hầm:

- Khi sử dụng tường barrette làm tường tầng hầm thì chiều sâu tầng hầm đạt được lớn

- Phương pháp thi công đơn giản, tiến độ thi công nhanh

- Độ an toàn cao, tính ổn định tốt

1.1.5 Những điểm còn chưa đạt khi sử dụng tường barrett cho tường tầng hầm:

- Giá thành xây dựng cao, vốn đầu tư ban đầu lớn

- Thiết bị thi công cồng kềnh, phức tạp

- Thời gian thi công dài

- Chất lượng bê tông sau khi đổ khó kiểm tra, kiểm soát

- Khi sảy ra sự cố khó sửa chữa khắc phục và gây hậu quả lớn

1.2 Lựa chọn tường Barrette cho tầng hầm nhà cao tầng

1.2.1 Do nhu cầu sử dụng

Trong nhà nhiều tầng thường có tầng hầm nên cần thiết phải làm tường Barrette cho tầng hầm để phục vụ nhu cầu người sử dụng trong khu nhà đó, tầng hầm thường sử dụng để làm các chức năng sau:

- Làm kho chứa hàng hóa phục vụ người sử dụng trong ngôi nhà

- Làm tầng phục vụ sinh hoạt công cộng như bể bơi, nhà hàng quán bar

- Làm Gara ô tô, xe máy

- Làm tầng kỹ thuật như đặt máy phát điện, khu sử lý nước thải, khu cấp nhiệt, điều hòa không khí

- Các công trình như Kho bạc, Ngân hàng, Cơ quan quạn trọng của nhà nước thì tầng hầm làm nơi cất giữ tài liệu, kho chứa vàng, kho tiền 1.2.2 Về mặt kết cấu

- Khi xây dựng tầng hầm trong nhà cao tầng sẽ hạ thấp trọng tâm của công trình, làm tăn độ ổn định tổng thể Mặt khác tường, cột của tầng hầm sẽ

làm tăng độ ngàm của công trình vào đất, tăng khả năng chống lực ngang của gió bão, động đất.Theo khảo sát cứ sâu một tầng hầm thì tầng hầm sẽ làm đối trọng cân đối ổn định cho 4-5 tầng nổi

1.2.3 Về nền móng

- Nhà cao tầng có tải trọng lớn gây áp lực nên nền móng rất cao, khi làm tâng hầm lượng đất sẽ được lấy bớt đi sẽ làm giảm tải cho móng, mặt khác khi đặt móng dưới sâu so với mặt đất thì cường độ đất nền tăng lên Khi tầng hầm nằm dưới mực nước ngầm, nước ngầm đẩy nổi công trình

sẽ giảm tải cho móng, giảm độ lún cho công trình

1.2.4 Về an ninh quốc phòng

- Tại những trụ sở cơ quan tầng hầm có thể làm nơi cất giữ tài liệu quan trọng, khi có sự cố chiến tranh tầng hầm dùng làm nơi trú ẩn của người sinh sống trong công trình

1.3 Nguyên tắc thiết kế tường Barrette

- An toàn tin cậy: Thiết kế phải đáp ứng tuyệt đối về yêu cầu cường độ, tính ổn định tổng thể của công trình, của hệ thống kết cấu Kết cấu phải chắc chắn biến dạng của tường không ảnh hưởng đến công trình lân cận

- Tính kinh tế : Khi đảm bảo điều kiện về an toàn, tin cậy của kết cấu chắn giữ thì xác định hiệu quả kinh tế của phương án trên cơ sở tổng hợp các yếu tố về thời gian, vật liệu, thiết bị nhân công và bảo vệ môi trường

- Thuận lợi thi công: Khi thiết kế tường Barrette nên có hình dáng đơn giản thuận tiện cho thi công, sủ dụng công nghệ đơn giản phù hợp với máy móc thiết bị để thi công nhanh chóng, rút ngắn thời gian thi công đảm bảo an toàn lao động

- Tường Barrette là một bộ phận kết cấu công trình, là tường của tầng hầm Trong giai đoạn thi công tầng hầm tường (Barrette) là kết cấu chắn giữ

ổn định cho hố đào, sau khi thi công xong tường Barrette là tường của tầng hầm

1.4 Đặc điểm thiết kế của kết cấu tường Barrette

- Tính không xác định của ngoại lực: Ngoại lực tác dụng lên tường như áp lực đất chủ động, áp lực đất bị động, tải trọng trên mặt đất xung quanh thành hố đào sẽ thay đổi, phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, phương pháp thi công, giai đoạn thi công

- Tính không xác định của biến dạng: Kiểm soát biến dạng là một yêu cầu quan trọng của thiết kế tường barrette, nhưng có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng này như độ cứng của tường chắn, cách bố trí khoảng cách thanh chống, tính chất của đất nền, cao độ của nước ngầm, phương pháp thi công

- Tính không xác định của đất: Tính không đồng nhất của đất nền,đất nền với nhiều tầng nhiều lớp thay đổi phức tạp không có qui luật hơn nữa số liệu địa chất có nhiều phương pháp xác định khác nhau ( như thí nghiệm ngoài hiện trường, trong phòng, cắt có hoặc không thoát nước ) tùy theo mẫu đất lấy ở những vị trí, giai đoạn thời gian thi công khác nhau của hố móng thì tính chất của đất cũng thay đổi, sự tác động của đất nền lên kết cấu từ đó cũng thay đổi

- Những yếu tố ngẫu nhiên dẫn đến sự thay đổi: Những thay đổi của thời tiết, những hệ thống chôn ngầm có sẵn trong đất ảnh hưởng đến việc thi công của hố đào

1.5 Công nghệ thi công tường Barrette [4]

Về cơ bản thi công tường Barrette cũng giống như thi công cọc barrette, tường Barrette gồm những panen nối với nhau theo cạnh ngắn của tiết diện, giữa các panen có gioăng chống thấm, gioăng chống thấm bằng cao su hoặc bằng thép hình

1.5.1 Đào hố tường Barrette (panen) đầu tiên

- Bước 1: dùng gàu đào thích hợp đào một phần hố đến chiều sâu thiết kế, chú ý đào đến đâu phải kịp thời cung cấp dung dịch Bentonite đến đó cho đầy hố đào để giữ cho hố đào không bị sạt lở

- Bước 2: Đào phần hố bên cạnh cách phần hố đào đầu tiên một dải đất, làm như vậy để cung cấp dung dịch Bentonite vào hố đào sẽ không làm thành hố đào cũ bị sạt lở

- Bước 3: Đào nốt phần còn lại (đào trong dung dịch Bentonite) để hoàn thành một hố Panen đầu tiên theo thiết kế

1.5.2 Hạ lồng cốt thép, đặt gioăng chống thấm và đổ bê tông cho tường

Barrette (panen) đầu tiên

- Bước 4: Hạ lồng thép vào hố đào sẵn trong dung dịch Bentonite sau đó đặt gioăng chống thấm (nhờ bộ gá lắp bằng thép chuyên dụng) vào vị trí

- Bước 5: Đổ bê tông theo phương pháp vữa dâng, thu hồi dung dịch Bentonite về trạm sử lý Bê tông của tường Barrette thường có mác 250#-

300# Ống đổ bê tông phải luôn chìm trong bê tông tươi một đoạn khoảng 3m để tránh cho bê tông bị phân tầng, bị rỗ

- Bước 6: Hoàn thành đổ bê tông toàn bộ tường Barrette (panen 1), khi đổ

bê tông nên đổ cao hơn so với thiết kế một đoạn 0,5m để sau này đập bỏ phần bê tông này đi là vừa

1.5.3 Đào tấm tường Barrette tiếp theo (panen 2)và tháo bộ gá lắp gioăng

chống thấm

- Bước 7: Đào một phần hố, sâu đến đáy thiết kế của tường ( đào trong dung dịch bentonite), đào các tấm tường tiếp theo khi tấm tường trước bê tông đã ninh kết lớn hơn 8 giờ

- Đào tiếp đến sát tấm tường (panen 1) thứ nhất

- Gỡ bộ gá lắp gioăng chống thấm bằng gàu đào khỏi cạnh tấm tường thứ 1 nhưng gioăng chống thấm vẫn còn nằm tại vị trí tiếp xúc với tấm tường thứ 2 1.5.4 Hạ lồng cốt thép, đặt gioăng chống thấm và đổ bê tông cho tấm tường

(panen 2) tiếp theo

- Bước 10: Hạ lồng cốt thép xuống hố đào chứa đầy dung dịch Bentonite, đặt bộ gá lắp cùng với gioăng chống thấm vào vị trí

- Bước 11: Đổ bê tông cho tấm tường thứ 2 (panen 2) bằng phương pháp vữa dâng như tấm tường số 1

- Bước 12: Tiếp tục đào tấm tường thứ 3 (panen 3) ở phía bên kia của tấm tường thứ 1, thực hiện việc hạ lồng thép, đặt bộ gá cùng gioăng chống thấm và đổ bê tông cho tấm tường thứ 3 giống như đã thực hiện cho các tấm tường trước Tiếp tục theo qui trình thi công như vậy để hoàn thành toàn bộ tường Barrette theo như thiết kế, khi thi công cần đặt các ống âm

để kiểm tra chất lượng bê tông trong từng tấm tường

1 2 3

-

Hình1.1 Đμo hố cho panen (barrette) đầu tiên 1- Đμo một phần hố ; 2- Đμo phần hố bên cạnh 3- Đμo phần còn lại để hoμn thiện hố đμo

Hình 1.2 : Bộ ghá lắp

vμ gioăng CWS [tỏc gỉa]

1.6 Công nghệ thi công tầng hầm nhà nhiều tầng

1.6.1 Phương pháp đào hố móng lộ thiên có mái dốc

- Phương pháp này áp dụng khi chiều sâu hố đào không lớn, mặt bằng thi công rộng, thiết bị thi công đơn giản, không có nước ngầm hoặc nước ngầm thấp, đào đất có thể kết hợp đào máy với đào thủ công Sau khi đào xong thì xây dựng công trình theo trình tự từ dưới lên từ móng đến mái

- Ưu điểm:

o Giá thành thi công thấp hơn so với các phương pháp khác

o Thiết bị, công nghệ thi công đơn giản

o Không ảnh hưởng đến các công trình lân cận

o Xử lý công tác chống thấm, thi công hệ thống hạ tầng kỹ thuật đơn giản

- Nhược điểm;

o Yêu cầu mặt bằng thi công phải rộng

o Khối lượng thi công đào đất lớn

o Đối với công trình có chiều sâu phần ngầm lớn khó thi công

o Đối với đất cát chảy, bùn chảy khó thực hiện

Hình : Đào đất lộ thiên, tường chắn đất không có hệ chống giữ [tác giả]

1.6.2 Phương pháp thi công từ trên xuống (Top-Down)

- Công trình thi công móng cọc, tường tầng hầm (Barrette), phần lõi thép hình của cột tầng hầm trước Tường bao tầng hầm, lõi cột thép hình có cao độ bằng cao độ cốt nền, sau đó đổ hệ dầm sàn tầng trệt tỳ lên cột thường cột tạm là lõi bằng thép hình, và tường tầng hầm Sàn tầng trệt

đổ xong chừa lại những ô sàn trống là ô cầu thang, thang máy, giếng trời

để làm cửa đào đất thi công các tầng hầm bên dưới Hoặc tầng trệt đổ sàn tạo viền xung quanh tường tầng hầm, khu vực ở giữa để trống không đổ

bê tông dầm sàn, khi bê tông đủ cường độ thì tiến hành đào đất và tiến hành đổ bê tông dầm sàn tầng hầm 1 Dầm sàn tầng hầm 1 cũng đổ chừa

lỗ như dầm sàn tầng trệt Cùng lúc đó tiến hành thi công cột, dầm sàn tầng 1

ở trên mặt đất

H1.7 Phương pháp thi công Top-down [tác giả]

- Ưu điểm:

o Không tốn hệ thống chống đỡ tạm để chống đỡ vách tường tầng hầm Trong quá trình thi công không tốn hệ thống cột chống dàn giáo cho dầm sàn vì dầm sàn thường thi công ngay trên mặt đất

o Sau khi thi công dầm sàn tầng trệt có thể tách hoàn toàn thi công phần ngầm và phần thân bên trên, có thể thi công đồng thời phần ngầm và phần thân

o Khối lượng đào đất ít, thời gian thi công nhanh

- Nhược điểm:

o Kết cấu cột tầng hầm thi công phức tạp, phải chôn sẵn

o Việc xử lý các liên kêt giữa cột với dầm sàn và liên kết giữa dầm

và tường tầng hầm phức tạp

o Việc đổ bê tông cột và thi công cốt thép cột tầng hầm khó thi công

o Bê tông phải dùng phụ gia trương nở, dùng vữa bê tông đặc biệt

o Những vùng có mực nước ngầm cao gây khó khăn trong thi công

H1.8 Phương pháp thi công Top-down

1.6.3 Đào hố móng lộ thiên, tường tầng hầm là tường chắn đất, dùng hệ kết cấu thanh chống ( hoặc neo bê tông) chống giữ

- Phương pháp này áp dụng cho các công trình xây chen trong thành phố,

có chiều sâu lớn Phương pháp này đào đất lộ thiên, thi công công trình

từ móng đến mái

- Trình tự thi công như sau: Tiến hành thi công phần tường bao của tầng hầm trước sau đó đào đất trong lòng tường bao đến đáy đài móng Trường hợp móng công trình là cọc khoan nhồi thì thi công cọc khoan nhồi cùng với tường bao trước, phần kết cấu của công trình thi công trình

tự từ móng đến mái

- Ưu điểm:

o Không dùng ván hoặc cừ để làm hệ thống chống đỡ vách đất hố đào mà dùng tường BTCT tầng hầm (Tường Barrette) làm tường

cừ do vậy để áp dụng được phương pháp này đòi hỏi tường tầng hầm phải được tính toán và chịu được áp lực ngang của đất gây nên,

o Khối lượng thi công đào đất ít, tiến độ thi công nhanh

1.6.4 Các phương pháp chống đỡ tường

a) Dùng hệ thanh chống :

Hệ thanh chống là hệ dầm cột bằng thép hình chống văng giữa các tường đối diện hệ dầm thường làm bằng thép hình chữ I gồm xà ngang và cột chống Tường chịu áp lực đất truyền vào xà ngang, xà ngang truyền vào xà dọc và văng xiên, xà dọc truyền vào cột chống hoặc dầm dọc đối diện

• Ưu điểm: là đơn giản, dễ tính toán, thi công nhanh

• Nhược điểm: là tốn vật liệu là xà dầm cột ( có thể thu hồi vật liệu 100%) Các thanh chống trong hố đào hay bị vướng gây khó khăn cho việc thi công tầng hầm

a)Hệ dầm cột chống văng cừ gỗ thép b)Gia cường đầu thanh chống văng

c)Hệ dầm chống văng tường d) Hệ cột chống văng tường

Hình 1.9 [tác giả]

b) Dùng neo bê tông để giữ tường tầng hầm BTCT [10]

- Để khắc phục nhược điểm của phương pháp chống văng người ta dùng neo bê tông xuyên qua tường bao tầng hầm để chôn neo và cố định neo vào trong đất, với phương pháp này tường được giữ với úng lực trước nên hầu như là ổn định Khi tầng hầm xây dựng xong thì tường được giữ

ổn định bằng hệ dầm sàn tầng hầm, lúc này văng neo được dỡ đi hoặc để lại trong đất tùy thuộc vào sự thỏa thuận giữa chủ đầu tư với các công trình bên cạnh Nếu tường bao hở không liên kết với dầm sàn tầng hầm thì các neo được giữ nguyên và làm việc lâu dài, lúc này neo cần được bảo vệ cẩn thận

-Cả hai phương pháp trên đều có ưu nhược điểm như sau: Phương pháp dùng văng chống dễ thực hiện nhưng gây c ản trở trong quá trình thi công, nếu có sơ suất nhỏ thì có thể gây ra sự cố đáng tiếc là gây sụp đổ phương pháp neo bê tông thì giá thành cao đòi hỏi phải có thiết kế tính toán chính xác tỉ mỉ

Sử dụng neo để giữ tường chắn BTCT

Chương 2: PHÂN TÍCH SỰ LÀM VIỆC CỦA

TƯỜNG BARRETTE

2.1 Các phương pháp xác định áp lực lên tường

2.1.1 Áp lực đất lên tường chắn [1]

• Phân loại tường chắn: theo vật liệu, hình dạng, độ cao, độ cứng Trong

đó việc phân loại theo độ cứng là quan trọng nhất, vì đó là yếu tố để tính toán sự làm việc đồng thời giữa tường chắn và nền đất

• Áp lực đất phụ thuộc vào chuyển vị giữa đất và tường

- Áp lực tĩnh: Khi tường chắn được giữ nguyên không dịch chuyển, đất sau tường ổn định không bị biến dạng ngoài một phần biến dạng rất nhỏ do trọng lượng bản thân đất gây ra Áp lực đất lên tường gọi là áp lực tĩnh Pt

- Áp lực chủ động: Khi tường dịch chuyển ra phía ngoài nền đất, đất sau tường được giãn ra Áp lực đất lên tường giảm xuống Chuyển vị của tường càng lớn , áp lực đất càng nhỏ Khi chuyển vị đạt đến giá trị nhất định thì xuất hiện vết nứt trong đất Khối đất sau tường sẽ trượt xuống theo các vết nứt này mà người ta gọi là mặt trượt chủ động Áp lực đất tương ứng với thời điểm xuất hiện mặt trượt gọi là áp lực chủ động Pc

- Áp lực bị động: Khi tường dịch chuyển vào phía trong nền đất, đất sau tường bị nén chặt lại, áp lực đất lên tường tăng lên Chuyển vị càng lớn,

áp lực càng tăng mạnh Khi chuyển vị đủ lớntrong đất cũng xuất hiện vết nứt gọi là mặt trượt bị động Đất bị đẩy theo mặt trượt này lên phía trên Áp lực đất lên tường đạt đến giá trị gọi là áp lực bị động Pb

δ v

δ ht Pt

ι

δ u

δ hc Pc

ι

δ u

δ hb Pb

Mặt trượt

bị động

Mặt trượt chủ động

a) áp lực tĩnh b) áp lực chủ động c) áp lực bị động

Hình 2.1 2.1.2 Các phương pháp xác định áp lực đất:

• Hiện nay cĩ rất nhiều phương pháp xác định áp lực chủ động và bị động lên tường chắn, tuy nhiên các phương pháp được dùng chủ yếu thuộc 2 nhĩm chính là dựa trên lý thuyết cân bằng giới hạn do Rankine khởi xướng và dùng mặt trượt giả định Coulomb Cơ sở của các phương pháp này là điều kiện cân bằng giới hạn Coulomb Nhưng các phương pháp dựa trên lý thuyết cân bằng giới hạn dựa vào điều kiện để tìm mạng lưới mặt trượt và xác định giá trị áp lực đất lên tường Phương pháp dùng mặt trượt giả định thỏa mãn điều kiện trên ở các mặt trượt Nhưng bản thân các mặt trượt lại được giả định hình dạng và xác định vị trí theo cách riêng Ta nghiên cứu các phương pháp sau

2.2 Các phương pháp dựa trên lý thuyết cân bằng giới hạn

- Áp lực chủ động và bị động của đất lên tường phụ thuộc rất lớn vào

tính chất cơ lý của đất, gĩc mái tự nhiên i, gĩc nghiêng của lưng

tường , ma sát giữa đất và tường

2.2.1 Lý thuyết của Rankine

- Giả thiết: Ứng suất phân bố trên mặt tiếp xúc giữa đất và tường trong trường hợp cĩ tường và khơng cĩ tường như nhau, nghĩa là bỏ qua ma sát

áp lực bị động

• Trường hợp đất rời (C=0, ϕ ≠ 0) : Mặt đất nghiêng một góc i so với

phương ngang lưng tường thẳng đứng Xét một phân tố có 2 mặt song song với phương thẳng đứng, hai mặt song song với mặt đất, ở độ sâu

z Như trường hợp xác định áp lực tĩnh của đất lên tường, giả sử tường không đứng yên mà dịch chuyển ra ngoài hoặc dịch chuyển vào phía trong nền đất giá trị σv=const còn giá trị σL thay đổi trong khoảng

min L max

σ ≤ σ ≤ σ Tùy thuộc vào

chuyển vị tương đối giữa đất và tường Như vây ta có thể dựng vô số vòng trong Mohr đi qua điểm a có tâm nằm trên trục σ Trên hình vòng 1 ứng với tâm là o1 thể hiện một trạng thái ứng suất σ 1 bất kỳ, vòng 2 và 3

ứng với tâm o2, o3 tương ứng thể hiện trạng thái cân bằng giới hạn cực tiểu gây ra bởi áp lực chủ động σLmin và trạng thái cân bằng giới hạn cực

đại gây ra bởi áp lực bị động σLmax lên tường từ đó ta có:

• Giá trị áp lực chủ động lên tường ở độ sâu z pc = γ λ z c

• Giá trị áp lực bị động lên tường ở độ sâu z pb = γ λ z b

Trong đó λc và λb là hệ số áp lực chủ động và áp lực bị động

δLι

c' b' a' d'

E = γ H λ 1 2

2

ϕ c 0 0 ϕ 0

B H

Hình 2.3 Thay ảnh hưởng của lực dính bằng tải trọng phân bố

Hình 2.4

- Để đơn giản xét trường hợp riêng sau: Nền đất dính nằm ngang lưng tường thẳng đứng có chiều cao H Thay ảnh hưởng của lực dính trong đất và

mặt tiếp xúc giữa đất và tường có giá trị c c

tg

σ = ϕ Tải trọng có cường độ

c

σ phân bố đều trên mặt đất gây áp lực lên tường tương đương như lớp đất

có chiều dày h thỏa mãn điều kiện h c

- Giả thiết: Mặt trượt phẳng

Khối trượt được xem như một thể tự do, hướng của áp lực đất lên thân tường là xác định, trị số của áp lực chủ động là trị số lớn nhất trong tất

cả các áp lực chủ độngcó thể có từ các khối trượt chủ động giả định Trị số thực tế của áp lực bị động thì ngược lại, là trị số nhỏ nhất trong tất cả các trị số áp lực bị động có thể có từ các khối lượng trượt bị động giả định

a) Áp lực chủ động của đất rời lên tường chắn

Tường hợp mặt đất phẳng nghiêng một góc i so với phương ngang

như hình vẽ áp lực chủ động được xác định theo công thức

2

1

2

β β ϕ λ

β ε

b) Áp lực chủ động của đất dính lên tường chắn (c ≠ 0, ϕ ≠ 0)

- Vì có lực dính nên khi xuất hiện khối trượt trên mặt trượt BC và lưng mặt tường còn có lực dính tác dụng nữa Lực dính giữa đất và tường về bản chất khác với lực dính giữa đất và đất trên mặt trượt Bc, khi tính toán

để đơn giản bỏ qua lực dính giữa tường và đất

-Giả thiết lực dính phân bố đều Như vậy trên mặt trượt BC ngoại lực kháng do yếu tố ma sát Rcòn có lực dính T=c.BC trong đó c là lực dính đơn vị Đa giác lực khép kín của các lực tác dụng lên khối trượt cho trên hình Ta thấy lực dính làm giảm áp lực chủ động của đất lên tường

- Tổng áp lực chủ động của đất dính lên tường bằng E bằng hiệu giữa tổng áp lực chủ động do đất rời có cùng góc ma sát trong ϕ gây ra Eϕ

trừ đi ảnh hưởng của lực dính Et E E= ϕ −Et

Hình 2.8

E b

ω

w

R ϕ

E b

α w

c) Áp lực bị động của đất nền lên tường chắn

- Khi xuất hiện áp lực bị động khối trượt có xu hướng dịch chuyển từ dưới lên phản lực R trên mặt trượt có xu hướng từ trên xuống lệch một góc ϕ so với pháp tuyến mặt trượt Khác với áp lực chủ động, áp lực bị động có hướng bất kỳ luôn lệch một góc bằng góc ma sát giữa đất và tường ω so với pháp tuyến lưng tường

Hình 2.9

- Xét khối trượt giả định ABC trên hình có trọng lượng bản thân W, phản lực trên mặt trượt BC là R tổng tải trọng tác dụng lên tường khi xuất hiện khối trượt bị động E lệch một góc α so với pháp tuyến lưng tường theo tính chất của tam giác lực ta có

- Trị số tính toán của Eb áp lực bị động có thể xác định bằng giải tích

hoặc đồ giải, trường hợp mặt đất phẳng nghiêng một góc i so với phương

ngang thì Eb có dạng (hình 2.10)

2.2.3 Lý thuyết cân bằng giới hạn điểm (phương pháp số) [1]

- Thực tế cho ta thấy sự có mặt của tường làm thay đổi điều kiện làm việc của nền đất sau lưng tường rất nhiều Chính vì vậy cần đưa vào tính toán không những điều kiện biên ở trên mặt đất mà còn điều kiện biên ở mặt tiếp xúc giữa đất và tường Đây chính là yếu tố ma sát giữa đất và tường

- Xét các mặt trượt thứ 2 xuất hiện sau lưng tường ( hình 2.11)

a)Mặt lưng tường nhẵn b)Mặt lưng tường gồ ghề c)Mặt lưng tường quá thoải

Hình 2.11

+

= + ; σ = 0Điều kiện biên tại điểm bất kỳ trên lưng tường tại độ sâu z trong

trường hợp lưng tường là mặt trượt là:

c

c n cn c

tg p

ED

0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1.1

1,0 1, 2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8

α ϕ

- Trường hợp mặt đất nằm ngang lưng tường thẳng đứngvà ma sát giữa đất

và tường ω=0 thì biểu thức tính toán áp lực chủ động và bị động trùng hợp với biểu thức của Rankine

- Phương pháp số của Xocolovxki đòi hỏi khối lượng tính toán lớn nếu sử dụng máy tính thì thực hiện nhanh chóng

- Ví dụ: Trên hình 2.13 số giới thiệu hình dáng mặt trượt và biểu đồ áp lực chủ động của đất lên tường

Các điểm nằm trong vùng I (ACD) thỏa mãn điều kiện cân bằng giới hạn cực tiểu

Các điểm nằm trong vùng III (ABE) thỏa mãn điều kiện cân bằng giới hạn cực đại

Các điểm nằm trong vùng II (ADE) là vùng chuyển tiếp

Hình 2.13

2.2.4 Áp lực tác dụng lên tường trong một số trường hợp riêng [7]

Trong thực tế điều kiện làm việc dồng thời giữa đất nền và tường chắn phức tạp hơn nhiều Điều kiện càng phức tạp, độ chính xác đòi hỏi càng cao thì sơ đồ tính toán càng sát với thực tế Độ chính xác của bài toán phụ thuộc vào dữ liệu đầu vào như tính chất cơ lý, trạng thái ứng suất trong nền, ma sát giữa đất và tường và các yếu tố khác

2.2.4.1 Áp lực đất lên tường chắn trong trường hợp đất nền không đồng nhất

- Giả thiết nền đất cấu tạo từ những lớp đất song song với mặt đất có chiều

dày hi mỗi lớp đất có chỉ tiêu cơ lý riêng Ta thấy dạng biểu thức tính

toán áp lực chủ động và bị động đều giống nhau chỉ khác nhau ở hệ số λb

và λc Có thể dùng biểu thức của Rankine hoặc Coulomb đẻ xác định Ec

a)Nền đất không đồng nhất b)BĐ áp lực chủ động c)BĐ áp lực bị động

hình 2.13a 2.2.4.2 Trường hợp trong nền đất có nước ngầm

- Khi có nước ngầm phía dưới mực nước ngầm có lực đẩy nổi do đó dung trọng của đất trong tính toán là dung trọng đẩy nổi Phía trên mực nước ngầm dung trọng tính toán là dung trọng riêng của đất, góc ma sát trong của

2.2.4.3 Trường hợp trên mặt nền đất có tải trọng tác dụng

- Tải trọng tác dụng lên mặt nền đất có thể gây thêm áp lực phụ lên tường chắn, làm thay đổi hình dáng lẫn phạm vi mặt trượt Dùng phương pháp mặt trượt Coulomb xác định áp lực lên tường chắn như sau: