LVTS15 Nghiên cứu thiết kế tính toán kết cấu tường biên tầng hầm nhà cao tầng tại thành phố Nam Định thi công theo phương pháp tường trong đấtĐăng ngày 02072011 07:19:00 AM 462 Lượt xem 934 lượt tảiGiá : 0 VNDNghiên cứu thiết kế tính toán kết cấu tường biên tầng hầm nhà cao tầng tại thành phố Nam Định thi công theo phương pháp tường trong đấtHãng sản xuất : Unknown
Trang 1Hà Nội - 2011
Trang 2mã số: 60.58.20
người hướng dẫn khoa học:
GS –TS Đỗ như tráng
Hà Nội - 2011
Trang 4Bảng 3.1 Đặc trưng vật liệu của lớp đất 2 50
Bảng 3.2 Đặc trưng vật liệu của lớp đất 3 50
Bảng 3.3 Đặc trưng vật liệu của lớp đất 4 51
Bảng 3.4 Đặc trưng vật liệu của lớp đất 5 52
Bảng 3.5 Đặc trưng vật liệu của lớp đất 6 52
Bảng 3.6 Đặc trưng vật liệu của lớp đất 7 53
Bảng 3.7 Đặc trưng vật liệu của tường chắn 54
Bảng 3.8 Đặc trưng vật liệu của thanh chống 54
Bảng 3.9 Giá trị chuyển vị lớn nhất của tường khảo sát với trường hợp 1 64
Bảng 3.10 Giá trị chuyển vị lớn nhất của tường khảo sát với trường hợp 2 68
Bảng 3.11 Giá trị chuyển vị lớn nhất của tường khảo sát với trường hợp 3 72
Bảng 3.12 Hệ số tỉ lệ K 77
Trang 5Hình 1.2 Tường chắn bằng cọc bê tông cốt thép 9
Hình 1.3 Chắn giữ bằng tường liên tục trong đất 10
Hình 1.4 Mặt cắt công trình Toà nhà Nam Hải Minh Tower 18
Hình 2.1 Sơ đồ phân bố thực tế áp lực đất 24
Hình 2.2 Sơ đồ tính toán theo phương pháp Sachipana 26
Hình 2.3 Sơ đồ tính toán theo phương pháp đàn hồi 27
Hình 2.4 Sơ đồ tính toán theo phương pháp tính lực trục thanh chống 28
Hình 2.5 Phần tử đất và điểm ứng suất của phần tử 15 nút (a), 6 nút (b) 31
Hình 2.6 Một số công trình tính bằng Plaxis 35
Hình 2.7 Sơ đồ tính toán 38
Hình 2.8 Lực trục thanh chống và mômen uốn thân tường 40
Hình 2.9 Sơ đồ tính toán 41
Hình 2.10 Sơ đồ chuyển vị của cả hệ 41
Hình 2.11 Chuyển vị của tường liên tục 42
Hình 2.12 Biểu đồ mô men của tường liên tục 42
Hình 2.13 Biểu đồ lực cắt của tường liên tục 43
Hình 2.14 Hướng chuyển vị của đất nền và tường liên tục 43
Hình 2.15 ứng suất hiệu quả trong nền đất 44
Hình 2.16 ứng suất tổng 44
Hình 2.17 ứng suất theo phương x (xx) 45
Hình 2.18 ứng suất theo phương y (yy) 45
Hình 2.19 ứng suất theo phương z (zz) 46
Hình 2.20 ứng suất theo phương xy (xy) 46
Hình 3.1 Đào đất giai đoạn 1, thi công dầm sàn tầng hầm 1 49
Hình 3.2 Đào đất giai đoạn 2, thi công đài móng + sàn tầng hầm 2 49
Hình 3.3 Sơ đồ tính toán 55
Trang 6Hình 3.6 Chuyển vị ngang và mômen của tường giai đoạn 2 57
Hình 3.7 Chuyển vị ngang và mômen của tường giai đoạn 3 58
Hình 3.8 Chuyển vị ngang và mômen của tường giai đoạn 4 59
Hình 3.9 Chuyển vị ngang và mômen của tường giai đoạn 5 60
Hình 3.10 Sơ đồ tính toán 62
Hình 3.11 Các giai đoạn tính 62
Hình 3.12 Chuyển vị ngang và mômen của tường trong giai đoạn nguy hiểm nhất 63
Hình 3.13 Biểu đồ quan hệ giữa chiều sâu và chuyển vị ngang của tường 65
Hình 3.14 Sơ đồ tính toán 66
Hình 3.15 Các giai đoạn tính toán 66
Hình 3.16 Chuyển vị ngang và mômen của tường trong giai đoạn nguy hiểm nhất 67
Hình 3.17 Biểu đồ quan hệ giữa chiều dày và chuyển vị ngang của tường 69
Hình 3.18 Sơ đồ tính toán 70
Hình 3.19 Các giai đoạn tính 70
Hình 3.20 Chuyển vị ngang và mômen của tường trong giai đoạn nguy hiểm nhất 71
Hình 3.21 Biểu đồ quan hệ giữa vị trí mực nước ngầm và chuyển vị ngang của tường 73
Hình 3.22 Sơ đồ tính toán 78
Hình 3.23 Kết quả tính toán 78
Trang 7Trước hết tôi xin bày tỏ tình cảm biết ơn chân thành tới tất cả các thầy côgiáo trong Khoa sau đại học – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội vì nhữnggiúp đỡ và chỉ dẫn hữu ích trong quá trình học tập cũng như khi tiến hành làmluận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo trong tiểu ban đánh giá đềcương chi tiết và kiểm tra tiến độ - Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội đã cónhững ý kiến đóng góp quý báu cho bản thảo của luận văn Đặc biệt, tôi xincảm ơn GS -TS Đỗ Như Tráng đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp hướng dẫn, cũngnhư tạo điều kiện thuận lợi, cung cấp tài liệu và động viên tác giả trong quátrình hoàn thành luận văn
Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ tôitrong quá trình học tập và nghiên cứu
Tác giả
Vũ Quốc Lập
Trang 8toán kết cấu tường bên tầng hầm nhà cao tầng tại thành phố Nam Định thicông theo phương pháp tường trong đất” không sao chép, trùng lặp với cácluận văn đã được bảo vệ.
Tác giả
Vũ Quốc Lập
Trang 9tổng quan về phương pháp tường trong đất và thiết kế kết cấu tường bên tầng hầm nhà cao tầng thi công theo
phương pháp tường trong đất 4
1.1 Sự phát triển của phương pháp tường trong đất trên thế giới và tại Việt Nam 4
1.2 Tường trong đất và phạm vi ứng dụng 5
1.2.1 Tường trong đất 5
1.2.2 Phạm vi ứng dụng 6
1.3 Các loại tường trong đất 7
1.3.1 Tường chắn bằng cọc trộn xi măng - đất 7
1.3.2 Tường chắn bằng cọc hàng 9
1.3.3 Tường liên tục trong đất 10
1.4 Các phương pháp tính toán tường liên tục trong đất đang được áp dụng 12
1.4.1 Phương pháp giải tích 13
1.4.1.1 Tính toán tường liên tục trong đất theo phương pháp Sachipana – Nhật 13 1.4.1.2 Tính toán tường liên tục trong đất theo phương pháp đàn hồi:
13 1.4.1.3 Tính toán tường liên tục trong đất theo phương pháp tính lực trục thanh chống, nội lực thân tường biến đổi theo quá trình đào: 14
1.4.1.4 Phương pháp gia số: 14
1.4.2 Phương pháp phần tử hữu hạn 15
1.5 Điều kiện địa chất tại thành phố Nam Định: 17
1.5.1 Khái quát về địa chất tại thành phố Nam Định 17
1.5.2 Giới thiệu tóm tắt quy mô công trình và tài liệu khảo sát địa chất của công trình được thi công tại thành phố Nam Định 17
1.5.2.1 Quy mô công trình Toà nhà Nam Hải Minh Tower 17
Trang 10các phương pháp tính toán thiết kế tường liên tục trong
đất có kể đến sự làm việc của nền 21
2.1 Các dạng tải trọng và cách xác định 21
2.2 Tính toán thiết kế tường liên tục trong đất: 25
2.2.1 Phương pháp giải tích (phương pháp Sachipana - Nhật) 26
2.2.2 Liệt kê các phương pháp giải tích khác 27
2.2.2.1 Phương pháp đàn hồi 27
2.2.2.2 Phương pháp tính lực trục thanh chống, nội lực thân tường biến đổi theo quá trình đào móng 28
2.2.3 Phương pháp phần tử hữu hạn 30
2.3.2.1 Giới thiệu phần mềm Plaxis (Hà Lan) 33
2.3.2.2 Giới thiệu một số phần mềm khác 37
2.3 Phân tích lựa chọn phương pháp tính toán cho bài toán cụ thể với các điều kiện đã chọn, đánh giá tính chính xác của phương pháp chọn 37
2.3.1 Ví dụ 37
2.3.2 Tính theo phương pháp giải tích (phương pháp Sachipana - Nhật) 38
2.3.3 ứng dụng phần mềm Plaxis 40
2.4 Đánh giá so sánh phương pháp chọn với những phương pháp khác 47
Chương 3 Tính toán kết cấu tường trong đất với điều kiện địa chất tại thành phố Nam Định theo phương pháp lựa chọn, nghiên cứu khảo sát sự làm việc của tường trong các giai đoạn thi công và khai thác sử dụng công trình 49
3.1 Tính toán kết cấu tường bên của tầng hầm nhà cao tầng tại thành phố Nam Định thi công theo phương pháp tường trong đất: 49
Trang 113.1.3 Tính toán kết cấu tường bên tầng hầm nhà cao tầng trong giai đoạn thi
công bằng phần mềm Plaxis 8.5 54
3.1.3.1 Nhập dữ liệu đầu vào 54
3.1.3.2 Tính toán tường trong đất 55
3.1.3.3 Kết quả tính toán 55
3.2 Nghiên cứu phân tích sự làm việc của kết cấu tường bên trong giai đoạn thi công 61
3.2.1 Nghiên cứu các trường hợp làm việc của tường 61
3.2.1.1 Trường hợp 1: (Thay đổi chiều sâu ngàm của tường vào trong đất) 61
3.2.1.2 Trường hợp 2: (Thay đổi chiều dày của tường) 65
3.2.1.3 Trường hợp 3: (Thay đổi vị trí mực nước ngầm) 69
3.2.2 Phân tích đánh giá các trường hợp khảo sát 73
3.3 Khảo sát sự làm việc tường bên của tầng hầm nhà cao tầng trong giai đoạn khai thác sử dụng công trình 74
3.3.1 Phân tích đánh giá chung hệ kết cấu của công trình 74
3.3.2 Tính toán sự làm việc của tường bên tầng hầm trong giai đoạn khai thác sử dụng 75
3.3.2.1 Tính toán tải trọng 75
3.3.2.2 Tổ hợp tải trọng 77
3.3.2.3 Tính toán sự làm việc của tường bên tầng hầm bằng phần mềm Etab9.7 77
3.3.3 Đánh giá sự làm việc của tường bên tầng hầm trong giai đoạn khai thác sử dụng 79
Kết luận và kiến nghị 80
Trang 13mở đầu
Lý do chọn đề tài:
Ngày nay, khi dân cư tại các thành phố Nam Định trở nên đông đúc, đất
đai chật hẹp, đắt đỏ, để tiết kiệm đất đai, đồng thời với việc xây dựng nhiềunhà cao tầng, người ta triệt để khai thác và sử dụng không gian dưới mặt đấtcho nhiều mục đích khác nhau về kinh tế, xã hội, văn hóa môi trường và chocả mục đích phòng thủ dân sự Bên cạnh việc phục vụ cho dân dụng, một sốngành công nghiệp, các công trình thuỷ lợi cũng đưa một phần dây chuyền sảnxuất, kho và các bể chứa vào sâu dưới đất như: dây chuyền tuyển quặng trongnhà máy luyện kim, cán thép, các lò trong nhà máy xi măng, các trạm bơm, bểchứa, ụ tàu diện tích lên đến hàng chục ngàn mét vuông và sâu đến hàngchục mét Trong quốc phòng cần rất nhiều các công trình ngầm phục vụ chocác mục đích khác nhau như kho chứa vũ khí trang bị, các hầm trú ẩn, hầmthử vũ khí
Khi xây dựng các công trình ngầm thường kéo theo hiện tượng lún bềmặt, làm biến dạng các công trình lân cận, làm rối loạn sinh hoạt và giaothông đô thị…đặc biệt là trong điều kiện thành phố đã dày đặc các công trìnhdân dụng, công nghiệp, hệ thống giao thông và các công trình ngầm khác.Việc xây dựng các công ngầm này sẽ phức tạp và khó khăn hơn rất nhiều khigặp nền đất yếu bão hoà nước
Để khắc phục những khó khăn trên, thi công công trình ngầm bằngphương pháp tường trong đất là một phương pháp rất hiệu quả thích hợp vớimọi điều kiện địa chất và địa chất thuỷ văn Đặc biệt, phương pháp này ápdụng được trong điều kiện thành phố tránh tối đa việc gây lún cho các côngtrình lân cận, đồng thời cho phép tiết kiệm nhân lực, nguyên vật liệu, thiết bị Một số nhà cao tầng ở Việt Nam đã áp dụng phương pháp tường trong đất
để xây dựng tầng hầm nhưng trong quá trình thiết kế và thi công còn gặpnhiều hạn chế như quy phạm chưa chặt chẽ, phụ thuộc vào nước ngoài
Trang 14Vì vậy luận văn “Nghiên cứu thiết kế tính toán kết cấu tường bên tầng hầm nhà cao tầng tại thành phố Nam Định thi công theo phương pháp tường trong đất ”nhằm mục đích nghiên cứu một số giải pháp tính
toán tường trong đất đáp ứng nhu cầu xây dựng cho các công trình được xâydựng tại thành phố Nam Định và các vùng có điều kiện địa chất tương tự
Mục đích nghiên cứu:
Nghiên cứu các phương pháp tính toán tường trong đất, so sánh lựachọn phương pháp tính chính xác và hiệu quả nhằm đáp ứng nhu cầu xây dựngcho các công trình nhà cao tầng có tầng hầm tại thành phố Nam Định
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu tài liệu địa chất tại Nam Định
- Tính toán thiết kế tường trong đất cho tầng hầm nhà cao tầng với điềukiện địa chất tại thành phố Nam Định
- Nghiên cứu khảo sát sự làm việc của tường trong các giai đoạn thicông và khai thác, sử dụng công trình
Nội dung nghiên cứu:
Luận văn gồm 3 chương:
- Chương 1: Tổng quan về phương pháp tường trong đất và thiết kế kết cấu tường bên tầng hầm nhà cao tầng thi công theo phương pháp tường trong đất
- Chương 2: Các phương pháp tính toán thiết kế tường liên tục trong đất có kể đến sự làm việc của nền.
- Chương 3:Tính toán kết cấu tường trong đất với điều kiện địa chất tại thành phố Nam Định theo các phương pháp lựa chọn, nghiên cứư khảo sát sự làm việc của tường trong các giai đoạn thi công và khai thác
sử dụng công trình
Hướng kết quả nghiên cứu:
Các kết quả nghiên cứu của đề tài luận văn có thể được sử dụng làm tàiliệu tham khảo, nghiên cứu và áp dụng cho chuyên ngành địa kỹ thuật, thi
Trang 15công và xây dựng công trình ngầm đô thị, và nếu được hoàn thiện thêm, sẽ làcơ sở khoa học để kiến nghị sử dụng rộng rãi phương pháp gia cố thành hố
đào bằng công nghệ tường trong đất trong thực tiễn xây dựng các công trình
có quy mô ở thành phố Nam Định
Trang 16chương 1
tổng quan về phương pháp tường trong đất và thiết kế kết cấu tường bên tầng hầm nhà cao tầng thi công theo phương pháp tường trong đất
1.1 Sự phát triển của phương pháp tường trong đất trên thế giới và tại Việt Nam
Trước đây, để xây dựng các công trình ngầm, người ta thường dùng cácphương pháp xây dựng đắt tiền như đào hở, đóng cọc cừ, hạ mực nước ngầm,
đóng băng đất mà chiều sâu không được lớn, làm ảnh hưởng tới các côngtrình lân cận khi xây xen trong thành phố
Từ sau năm 1940, phương pháp “tường trong đất” được bắt đầu nghiêncứu áp dụng và vào những năm bảy mươi của thế kỷ XX phương pháp này được
áp dụng rộng rãi trên toàn thế giới, điều đó tạo điều kiện cho việc hoàn thiệnquy trình công nghệ và tính toán kết cấu Đây là một trong những phương phápthi công tiến bộ nhất để xây dựng các công trình ngầm và là phương pháp tốtnhất để xây dựng các công trình ngầm có độ sâu lớn trong các thành phố cómật độ xây dựng dày đặc
Trên thế giới, áp dụng phương pháp tường trong đất để xây dựng cáccông trình ngầm trong các khu đô thị là rất phổ biến như:
- Tại thành phố như Tokyo (Nhật Bản) các nhà cao tầng phải có ít nhất từ
5 đến 8 tầng hầm
- ở Thượng Hải (Trung Quốc) thường thấy có 2 đến 3 tầng hầm dưới mặt
đất ở các nhà cao tầng, có nhà đã thiết kế đến 5 tầng hầm có kích thước lớnnhất đến 274x187m, kết cấu chắn giữ sâu tới 32m
- Tại Matxcơva (Nga) đã xây dựng gara có kích thước 156x54m, sâu 27m - TạiGeneve (Thụy sĩ) một gara ngầm 7 tầng sâu 28m đã được xây dựng
Tại Việt nam, phương pháp tường trong đất cũng được áp dụng rất hiệuquả trong việc xây dựng các công trình ngầm nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụngkhông gian trong lòng đất ở các thành phố đông dân cư với điều kiện địa chất
Trang 17và địa chất thuỷ văn rất phức tạp để để giải quyết các vấn đề liên quan đến giaothông đô thị, xây dựng các gara ô tô, nhà cao tầng trong thành phố, các khu đôthị mới, hạ tầng các khu công nghiệp ví dụ như:
- Toà nhà Harbour View Tower ở thành phố Hồ Chí Minh gồm 19 tầnglầu và 2 tầng hầm, có kết cấu chắn giữ sâu 10m, đã dùng tường trong đất sâu42m dày 0,6m vây quanh mặt bằng kết cấu chắn giữ 25x27m
- Trụ sở Vietcombank Hà Nội cao 22 tầng và 2 tầng hầm có kết cấuchắn giữ sâu 11m dùng tường trong đất sâu 18m dày 0,8m
- Nhà máy Apatit Lao Cai, nhà máy xi măng Bỉm Sơn hay nhà máy nhiệt
điện Phả Lại đã có những kho, hầm hay tuynen vận chuyển nguyên liệu đặt sâutrong đất từ 5 đến 20m
1.2 Tường trong đất và phạm vi ứng dụng
1.2.1 Tường trong đất
Tường trong đất là các kết cấu dạng tường có tác dụng vừa chắn giữ vừachịu lực của phần công trình nằm dưới mặt đất
Kết cấu dạng tường trong đất có các ưu điểm:
- Giảm khối lượng thi công, có thể thi công theo phương pháp ngược (top
- down) có lợi cho việc tăng nhanh tốc độ thi công, hạ thấp giá thành công trình[8]
- Tường vừa có thể dùng làm kết cấu bao che ở độ sâu lớn lại có thể kếthợp làm kết cấu chịu lực, làm móng cho công trình trong những điều kiện nhất
Trang 18- Mỗi loại kết cấu chỉ phù hợp với một số chiều sâu hố đào và loại địachất nhất định, vì vậy việc lựa chọn kết cấu tường không phù hợp có thể làm
ảnh hưởng rất lớn đến độ an toàn và giá thành thi công
- Việc sử lý bùn thải không những làm tăng chi phí cho công trình màkhi kỹ thuật phân ly bùn không hoàn hảo hoặc sử lý không thoả đáng sẽ làmcho môi trường bị ô nhiễm [8]
- Do trong quá trình thi công, các lớp đất có kẹp lớp đất cát tơi xốp, mềmyếu mà tính chất dung dịch giữ thành không thích hợp hoặc đã bị biến chất dẫn
đến sụt lở thành làm cho thể tích bê tông thân tường tăng lên đáng kể, mặttường bị lồi lõm, kích thước kết cấu vượt quá giới hạn cho phép
- Các công trình công nghiệp như phân xưởng nghiền của nhà máy làmgiàu quặng, các phân xưởng đúc thép liên tục, các hố nhận nguyên liệu, cácphễu để dỡ, chất tải
- Các công trình thuỷ lợi thu, nhận nước, các trạm bơm, các công trìnhlàm sạch
- Các công trình giao thông như hầm giao thông đặt nông, các móng trụcầu
- Các công trình quân sự và công trình dân sự có kết hợp phòng thủ khi
có chiến tranh xảy ra
Trang 19Thực tế những công trình xây dựng trong các điều kiện dưới đây sẽ cóhiệu quả cao nhất khi sử dụng tường trong đất:
- Trong điều kiện địa chất thuỷ văn phức tạp, mực nước ngầm cao, nhất
Tường trong đất có thể sử dụng đồng thời làm móng chịu tải trọng phầntrên trong những điều kiện sau:
- Tường tựa trên đá cứng hoặc đất tốt, tức là khi tường có thể làm việcnhư vách
- Tường được xây dựng gần sát liền với móng của những nhà đã có, mà
độ bền của những móng này có thể bị phá hoại khi xây dựng các móng cọc
đóng
1.3 Các loại tường trong đất
1.3.1 Tường chắn bằng cọc trộn xi măng - đất: [8]
Hình 1.1 Tường chắn bằng cọc trộn xi măng đất, [8]
Trang 20Tường chắn bằng cọc trộn xi măng - đất một phương pháp mới để gia cốnền đất yếu, nó sử dụng xi măng, vôi để làm chất đóng rắn, lợi dụng một loạtphản ứng hóa học xảy ra giữa chất đóng rắn với đất, làm cho đất đóng rắn lạithành một thể cọc có dạng tường ổn định và có cường độ nhất định.
Ưu điểm của phương pháp này là kinh tế, thi công nhanh, không có chấtthải, lượng xi măng khống chế điều chỉnh chính xác, không có độ lún thứ cấp(nếu làm nền) không gây dao động đến công trình lân cận, thích hợp với đất có
độ ẩm cao (> 75%) Kết cấu loại này không thấm nước không phải đặt thanhchống tạo điều kiện cho đào kết cấu chắn giữ được dễ dàng, hiệu quả kinh tếcao
Tuy nhiên chỉ phù hợp với hố đào có chiều sâu từ 5 - 7m, không phù hợpvới những hố đào có chiều sâu lớn hơn
Phương pháp trộn dưới sâu thích hợp với các loại đất được hình thành từcác nguyên nhân khác nhau như đất sét dẻo bão hòa, bao gồm bùn nhão, đấtbùn, đất sét và đất sét bột
Ngoài chức năng giữ ổn định thành hố đào, cọc trộn xi măng đất còn
được sử dụng trong các trường hợp sau:
Trang 21Kết cấu chắn giữ bằng cọc hàng có thể chia làm các loại sau:
- Chắn giữ bằng cọc hàng theo kiểu dãy cột: Khi đất quanh hố tương đốitốt, mực nước ngầm thấp, có thể lợi dụng hiệu ứng vòm giữa hai cọc gần nhau
để chắn đất
- Chắn giữ bằng cọc hàng liên tục: Trong đất yếu thường không thể hìnhthành được vòm đất, cọc chắn giữ phải thành hàng liên tục Cọc khoan lỗ dàyliên tục có thể chồng tiếp vào nhau hoặc cọc bản thép, cọc bản BTCT
- Chắn giữ bằng cọc hàng tổ hợp: Trong vùng đất yếu mà có mực nước
Trang 22ngầm cao có thể dùng cọc hàng khoan nhồi tổ hợp với tường chống thấm bằngcọc xi măng đất.
Ưu điểm của phương pháp này là chất lượng vật liệu tin cậy, tốc độ thicông nhanh, thi công đơn giản, khả năng ngăn nước tốt Đối với loại cọc tạmthời có thể nhổ lên dùng lại nhiều lần, giá thành hạ Đối với loại cọc bằngBTCT có thể được dùng như kết cấu vĩnh viễn, độ cứng chống uốn lớn, độ dịchchuyển nhỏ ở đầu cọc
Nhược điểm là chiều dài hạn chế nên không thể ứng dụng cho nhữngcông trình ngầm có độ sâu lớn Quá trình thi công có thể ảnh hưởng đến mónghoặc các công trình ngầm xung quanh, không dùng được trong điều kiện thànhphố có xây chen
Căn cứ vào thực tiễn thi công ở vùng đất yếu, với độ sâu hố đào < 6m,khi điều kiện hiện trường có thể cho phép thì áp dụng kiểu tường chắn bằng cọcBTCT đúc sẵn hoặc cọc bản thép là lý tưởng hơn cả Với hố đào có độ sâu 6 -10m thường dùng cọc khoan lỗ 800 - 1000mm, phía sau có cọc trộn dưới sâuhoặc bơm vữa chống thấm, đặt 2 - 3 tầng thanh chống, số tầng thanh chống tuỳtheo tình hình địa chất hoàn cảnh xung quanh và yêu cầu biến dạng của kết cấu
mà xác định Kết cấu loại này đã ứng dụng thành công ở hố đào có độ sâu tới13m
1.3.3 Tường liên tục trong đất: [8]
Hình 1.3 Chắn giữ bằng tường liên tục trong đất, [8]
Trang 23Công nghệ thi công tường liên tục trong đất là dùng các máy đào đặc biệt
để đào móng có dung dịch giữ thành (như sét bentonite) thành những đoạn hàovới độ dài nhất định; sau đó cẩu lắp lồng cốt thép đã chế tạo sẵn trên mặt đấtvào trong móng Dùng ống dẫn đổ bê tông trong nước cho từng đoạn tường, nốicác đoạn tường với nhau bằng các đầu nối đặc biệt (như ống đầu nối hoặc hộp
đầu nối), hình thành một bức tường liên tục trong đất bằng bê tông cốt thép.Tường liên tục trong đất quây lại thành đường khép kín, sau khi đào móng chothêm hệ thống thanh chống hoặc thanh neo sẽ có thể chắn đất ngăn nước, rấttiện cho việc thi công móng sâu Nếu tường liên tục trong đất lại kiêm làm kếtcấu chịu lực của công trình xây dựng lại càng có hiệu quả kinh tế cao hơn
Công nghệ tường liên tục trong đất có các ưu điểm sau đây:
- Thân tường có độ cứng lớn, tính tổng thể tốt, do đó biến dạng của kếtcấu và của móng đều rất ít, vừa có thể dùng được trong kết cấu bao che lại cóthể dùng làm kết cấu chịu lực
- Thích dụng trong các loại điều kiện chất đất: Trong các lớp đất cát cuộihoặc khi phải vào tầng nham phong hoá thì cọc bản thép rất khó thi công,nhưng lại có thể dùng kết cấu tường liên tục trong đất thi công bằng các máy
đào móng thích hợp
- Khi thi công chấn động ít, tiếng ồn thấp, ít ảnh hưởng các công trìnhxây dựng và đường ống ngầm ở lân cận xung quanh, dễ khống chế về biến dạnglún Đặc biệt thích hợp trong điều kiện đô thị chật hẹp, xây chen
- Có thể thi công theo phương pháp ngược (top - down), có lợi cho việctăng nhanh tốc độ thi công, hạ thấp giá thành công trình
Nhưng, phương pháp thi công tường liên tục trong đất cũng có nhữngnhược điểm cụ thể như sau:
- Không thể áp dụng trong đất có lẫn đá tảng kích thước lớn hoặc có hiệntượng castơ với các lỗ trống lớn, có mạch ngầm làm vữa sét chảy vào trong đất.Trong bùn lỏng và cát chảy trên bề mặt hay trong đất nước áp lực với dòngthấm tốc độ lớn
Trang 24- Việc xử lý bùn thải không những làm tăng chi phí cho công trình màkhi kỹ thuật phân li bùn không hoàn hảo hoặc xử lý không thoả đáng sẽ làmcho môi trường bị ô nhiễm.
- Khi mực nước ngầm dâng lên nhanh mà mặt dung dịch giữ thành giảmmạnh, trong tầng trên có kẹp lớp đất cát tơi xốp, mềm yếu, nếu tính chất dungdịch không thích hợp hoặc đã bị biến chất, việc quản lí thi công không thoả
đáng, đếu có thể dẫn đến sụt lở thành móng, lún mặt đất xung quang, nguy hại
đến sự an toàn của các công trình xây dựng và được ống ở lân cận Đồng thờicũng có thể làm cho thể tích bê tông thân tường bị tăng vọt lên, mặt tường lồilõm, kích thước kết cấu vượt quá giới hạn cho phép
- Nếu dùng tường liên tục trong đất dạng bê tông cốt thép đổ toàn khốichỉ để làm tường chắn đất tạm thời trong giai đoạn thi công thì giá thành khácao, không kinh tế
Khi làm kết cấu chắn giữ sâu trên 10m trong tầng đất yếu, yêu cầu cao vềchống lún và chuyển dịch của các công trình xây dựng và đường ống ở xungquanh, hoặc khi tường là một phần của kết cấu chính của công trình hoặc khi ápdụng phương pháp thi công ngược thì có thể dùng tường liên tục trong đất [8]
Tại Việt Nam phương pháp này đã được sử dụng ở một số nơi nhưng chủyếu tại các thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Nha Trang nhưtoà nhà VietcomBank Tower Hà Nội, khách sạn Phương Đông - Nha Trang.Trong tương lai với điều kiện chật hẹp trong các thành phố cùng với yêu cầu vềchiều sâu tầng hầm ngày càng tăng đây là giải pháp gần như duy nhất có thể ápdụng
1.4 Các phương pháp tính toán tường liên tục trong đất đang được áp dụng
Trên thế giới phương pháp tường trong đất đang được áp dụng rất rộngrãi, đi kèm với nó là các phương pháp tính toán khác nhau Tại Việt Nam chưa
có quy phạm đầy đủ cho tính toán vì vậy cần nghiên cứu lựa chọn nhữngphương pháp phù hợp có thể dùng để tính toán thiết kế tường một cách nhanhchóng và hiệu quả Với mỗi loại tường có thể có những phương pháp tính toán
Trang 25khác nhau, tuy nhiên cũng có thể dùng chung trong một số trường hợp cụ thể.
1.4.1 Phương pháp giải tích: [8]
1.4.1.1 Tính toán tường liên tục trong đất (phương pháp Sachipana - Nhật)
Là phương pháp tính toán khi xem lực trục thanh chống, mômen thântường bất biến, lấy một số hiện tượng thực đo làm căn cứ:
* Sau khi đặt tầng chống dưới, lực trục của tầng chống trên hầu nhưkhông đổi, hoặc chỉ biến đổi chút ít
* Chuyển dịch của thân tường từ điểm chống dưới trở lên, phần lớn đãxảy ra trước khi lắp đặt tầng chống dưới
* Mômen uốn của thân tường từ điểm chống dưới trở lên, phần lớn trị sốcủa nó là phần còn dư lại từ trước khi lắp đặt tầng chống dưới
Căn cứ vào các hiện tượng thực đo này Sachipana đưa ra phương pháptính lực trục thanh chống và mô men thân tường không biến đổi theo quá trình
đào đất, những giả định cơ bản của nó là:
* Trong đất có tính dính, thân tường xem là đàn hồi dài vô hạn
* áp lực đất thân tường từ mặt đào trở lên phân bố theo hình tam giác, từmặt đào trở xuống phân bố theo hình chữ nhật (đã triệt tiêu áp lực đất tĩnh ởphía đào đất)
* áp lực nước bên dưới mặt đào xem là giảm đi tới không, lực chống của
đất bên bị động xem là đạt tới áp lực đất bị động
* Sau khi lắp đặt chống sẽ xem là điểm chống bất động
* Sau khi lắp đặt tầng chống dưới thì xem trị số lực trục của tầng chốngtrên duy trì không đổi, còn thân tường từ tầng chống dưới trở lên vẫn duy trì ở
vị trí cũ
* Điểm mômen uốn thân tường bên dưới mặt đào M = 0 xem là mộtkhớp, và bỏ qua lực cắt trên thân tường từ khớp ấy trở xuống
Căn cứ vào điều kiện cân bằng tĩnh MA = 0 vàY = 0 tìm ra lực chống
và chiều sâu tường
1.4.1.2 Tính toán tường liên tục trong đất theo phương pháp đàn hồi:
Trang 26Phương pháp đàn hồi trong “Quy phạm thiết kế móng công trình xâydựng Nhật Bản” Thân tường xem là đàn hồi dài vô hạn, giải bằng phươngtrình vi phân áp lực đất bên chủ động là đã biết, nhưng phía dưới mặt cắmvào đất (mặt đáy hố đào) chỉ có lực chống của đất bên bị động, trị số phản lực
đất tỉ lệ thuận với dịch chuyển của thân tường Các giả định của phương phápnày đều giống như phương pháp Sachipana
Đại học Đồng Tế ( Thượng Hải – Trung Quốc) đã từng sửa đổi một số
điểm trong phương pháp này, khác là ở chỗ có kể đến áp lực nước, đất ở bênchủ động từ dưới mặt đào đất
1.4.1.3 Tính toán tường liên tục trong đất theo phương pháp tính lực trục thanh chống, nội lực thân tường biến đổi theo quá trình đào:
Phương pháp này có kể đến sự không ngừng biến đổi của lực trục cáctầng thanh chống và nội lực thân tường theo tiến triển của việc đào đất và việcchống giữ Ví dụ trong phương pháp đàn hồi trong “Quy phạm thiết kế kết cấuxây dựng Nhật Bản” vừa nêu thuộc về phương pháp tính toán này
Những giả thiết cơ bản của phương pháp này là:
* Kể đến sự chuyển dịch của thanh chống, thanh chống thay thế bằngloxo
* áp lực bên đất chủ động có thể dựa vào số liệu thực đo, đồng thời giảthiết là hàm số bậc 2 của toạ độ
* Phần tường trong đất đã đạt đến vùng dẻo của áp lực đất bị độngRankine và vùng đàn hồi của phản lực đất tỉ lệ thuận với chuyển dịch của thântường
* Thân tường là một dầm dài hữu hạn, thanh chống ở thân tường có thể
là tự do, là nối khớp hoặc là cố định
1.4.1.4 Phương pháp gia số:
Trong thực tế quá trình chịu lực của tường chắn là quá trình tác động
đồng thời giữa đất, tường, chống, nội lực của tường có liên quan đến tính chấtcủa đất, độ cứng của tường, độ cứng của thanh chống cũng như quá trình đào
Trang 27và chống ở đây giới thiệu phương pháp tính nội lực của tường trong đất vớinhiều chống trên cơ sở của phương pháp tính đơn giản hoá cọc, đất chịu tác
động đồng thời của tải trọng ngang: đó chính là phương pháp gia số bằng cách
đơn giản hoá tác động đồng thời của đất, tường, chống và từng bước đào đất,
đồng thời lại dùng lí luận để chứng minh tính chính xác của nó và dùng kếtquả tính toán thực tế để nói rõ tính hợp lý của phương pháp này
1.4.2 Phương pháp phần tử hữu hạn:
Phương pháp phần tử hữu hạn là một thuật toán để giải những phươngtrình vi phân đạo hàm riêng bằng cách rời rạc hoá phương trình theo cácphương không gian nghiên cứu Việc rời rạc hoá được tiến hành bằng cách phủlên miền xét các miền nhỏ hơn đơn giản có hình dạng tuỳ ý (phần tử hữu hạn)nhằm chuyển các phương trình của bài toán thành các ma trận liên hệ giữa các
số liệu vào tại các điểm định sẵn trong phần tử (các điểm nút), với số liệu ra tạichính các điểm này Thiết lập những phương trình ma trận tổng thể (các phươngtrình ma trận đối với khắp miền nghiên cứu) bằng cách cộng từ nút này tới nútkhác các phương trình ma trận đối với các miền con nhỏ hơn
Phương pháp này bắt đầu được nghiên cứu từ những năm năm mươi củathế kỷ trước và đến nay ngày càng được mở rộng và được trình bày trong nhiềutác phẩm của các nhà khoa học nổi tiếng như K.J Bathe (1977), Zien Kie Wicz(1977), của Strang và Fix (1973), của Cook (1981), của Connor và Brebbia(1976), của Rao (1982), của I.M Smith và D.V Griffith (1982)
Phương pháp phần tử hữu hạn ban đầu được nghiên cứu áp dụng cho cácphần tử đơn giản như phần tử thanh, sau này được phát triển cho nhiều loạiphần tử phức tạp hơn như phần tử tấm, phần tử vỏ, phần tử khối Hơn thế nữa,phương pháp phần tử hữu hạn không chỉ dừng lại để giải các bài toán vật rắnbiến dạng mà còn giải các bài toán về động lực học, bài toán truyền nhiệt, thuỷ
động lực học, ổn định Đặc biệt, phương pháp phần tử hữu hạn được áp dụng đểtính cho các bài toán liên quan đến địa cơ học như ổn định mái dốc, phân bốứng suất trong đất, ứng suất dưới đáy móng, áp lực đất lên tường chắn, áp lực
Trang 28đất lên tuynen
Cùng với sự phát triển của máy tính điện tử, rất nhiều chương trình phầnmềm được viết dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn để giúp cho người tínhtoán có thể tính được các bài toán phức tạp Một số chương trình điển hình đólà:
- SAP: Structural Analysis Program do công ty Computers andStructures, Inc thuộc trường đại học Ave phát triển từ năm 1984 đến nay.Chương trình chuyên dùng để tính nội lực của hệ kết cấu đồng thời với tính cốtthép của kết cấu bê tông cốt thép, tính kết cấu thép Chương trình có giao diệnthân thiện với người sử dụng
- ETAB: Chương trình này cũng tương tự như SAP nhưng chuyên dụngcho tính nhà cao tầng
- MicroSTRAN V5.5/32: thuộc hệ thống kỹ thuật của Vương quốc Anh,
là chương trình tính toán và thiết kế kết cấu hệ thanh phẳng và hệ thanh khônggian đàn hồi tuyến tính, phi tuyến, tính ổn định và động lực học qua phân tíchphổ phản ứng
- STRAN6: là sản phẩm của công ty G+D Computing Pty, Ltd., Australia(1991) để giải các bài toán tĩnh học, động lực học, ổn định cho hệ thanh, tấm,
vỏ và vật thể ba chiều làm việc trong giai đoạn đàn hồi tuyến tính hay phi tuyếnvật liệu và phi tuyến hình học, đặc biệt là bài toán về năng lượng dòng chảy, bàitoán truyền nhiệt
- LARSA2000: Chương trình chuyên để tính toán và phân tích ổn địnhcủa kết cấu
- ADINA: Automatic Dynamic Incremental Nonlinear Analysis do công
ty ADINA R&D, Inc phát triển từ năm 1994 Chương trình có khả năng tínhtoán nội lực, ổn định, truyền nhiệt, tương tác giữa chất lỏng và kết cấu Chương trình sử dụng nhiều loại phần tử tuyến tính và phi tuyến vật liệu, phituyến hình học như phần thanh, phần tử tấm, phần tử nước
- W-SLOPE: Chương trình chuyên phân tích và tính toán ổn định mái
Trang 29dốc, hiện tượng thấm trong đất
- PLAXIS: Chương trình chuyên dụng để tính các bài toán về mái dốc, hố
đào, hầm giao thông, đường tàu điện ngầm và các công trình ngầm khác.Chương trình Plaxis cho phép xác định trạng thái ứng suất - biến dạng của bảnthân kết cấu (vỏ công trình ngầm và các phần tử liên quan), đất nền xung quanh
và các quá trình tương tác giữa đất nền, kết cấu bên trên và kết cấu công trìnhngầm
1.5 Điều kiện địa chất tại thành phố Nam Định:
1.5.1 Khái quát về địa chất tại thành phố Nam Định: [27]
- Theo tài liệu địa chất của công ty cổ phần tư vấn xây dựng Nam Định,Thành phố Nam định nằm trong cấu trúc võng địa hào Nó lọt giữa 2 đứt gẫylớn, chạy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam là đứt gẫy sông Hồng Địa tầngtổng quát Thành phố Nam định gồm 2 phần:
+ Phần dưới là tầng móng bao gồm đất đá cổ có tuổi trước kỉ đệ tứ.Thành phần thạch học bao gồm: Phiến thạch sét, phiến thạch mica sa thạch và
đá vôi
+ Phần trên là tầng phủ khá dày (trên dưới 100m), bao gồm các trầmtích mềm dính có tuổi kỉ đệ tứ Trong đó nền đất yếu phân bố hầu như rộngkhắp, phát triển từ bề mặt đến độ sâu khoảng 20m và có nơi lớn hơn Dưới độsâu này thường gặp những lớp trầm tích Đệ tứ hệ tầng Vĩnh Phúc thành phầnchủ yếu là sét, sét pha trạng thái dẻo mềm đến nửa cứng
- Đặc điểm nổi bật của tầng phủ là các lớp đất nằm trên cùng thường là
đất yếu, không thuận lợi cho xây dựng
1.5.2 Giới thiệu tóm tắt quy mô công trình và tài liệu khảo sát địa chất của công trình được thi công tại thành phố Nam Định:
1.5.2.1 Quy mô công trình Toà nhà Nam Hải Minh Tower:
- Công trình toà nhà Nam Hải Minh Tower được thiết kế với quy mônhư sau :
Trang 30+ Công trình được thiết kế trên diện tích khu đất 3500m2
+ Công trình được thiết kế với quy mô bao gồm 28 tầng trong đó
có 02 tầng hầm và 26 tầng nổi, chiều cao công trình 92,4m tính từ cốt sàn tầng1: +0.000 (Phần bản vẽ thiết kế kèm theo phần phụ lục 1)
7500 8000
9200
41900
+0.000 -0.750 -3.750
-6.750
+4.200 +8.400 +12.300
Trang 311.5.2.2 Tài liệu khảo sát địa chất tại khu vực xây dựng công trình: [27]
Trên mặt bằng khu đất xây dựng tiến hành khảo sát với chiều sâu củacác lỗ khoan từ 60 – 65 mét Mặt cắt địa chất và các chỉ tiêu cơ lý cuả cáclớp đất được thể hiện trong tài liệu khảo sát địa chất (phần phụ lục 2)
Theo kết quả khảo sát cho thấy nền đất chia làm 13 lớp đất và một sốnhận xét về các lớp đất như sau:
- Lớp 1: Lớp đất san lấp là cát, sạn, xỉ, gạch vỡ lẫn đất sét pha Bề dày củalớp là 1,5m
- Lớp 2: Lớp Bùn sét pha có màu xám nâu, xám gụ.Trạng thái chảy Bề dàytrung bình của lớp là 3,2m Lớp này có sức chịu tải nhỏ, do đó khi xây dựngcần có biện pháp xử lý nền
- Lớp 3: Lớp đất sét pha màu xám, xám nâu, xám gụ Trạng thái dẻo mềm
Bề dày trung bình của lớp là 1,7m Lớp này có sức chịu tải trung bình, đối vớinhững công trình lớn cần có biện pháp xử lý cọc xuyên qua lớp đất này
- Lớp 4: Lớp Bùn sét pha màu xám nâu, xám gụ xen kẹp các mạch cát.Trạng thái dẻo chảy Bề dày trung bình của lớp là 3,3m Lớp này có sức chịutải nhỏ, do đó khi xây dựng cần có biện pháp xử lý nền
- Lớp 5: Lớp đất sét pha màu xám vàng, vàng nhạt Trạng thái dẻo cứng
đến nửa cứng Bề dày trung bình của lớp là 10,6m Lớp đất sét pha có sức chịutải tốt, phù hợp với công trình có tải trọng từ 4 đến 6 tầng
- Lớp 6: Lớp Cát pha màu xám, xám đen Trạng thái dẻo Bề dày trungbình của lớp là 3,0m Lớp đất cát pha có sức chịu tải trung bình, đối với nhữngcông trình lớn cần có biện pháp xử lý cọc xuyên qua lớp đất này
- Lớp 7: Lớp đất sét pha màu xám, xám nâu, xám gụ Trạng thái dẻo mềm
Bề dày trung bình của lớp là 6,2m Lớp này có sức chịu tải trung bình, đối vớinhững công trình lớn cần có biện pháp xử lý cọc xuyên qua lớp đất này
- Lớp 8: Lớp cát hạt bụi màu xám, xám đen, xen kẹp các mạch cát Trạngthái chặt vừa Bề dày trung bình của lớp là 8,8m Lớp cát hạt bụi có sức chịutải tốt, phù hợp với công trình có tải trọng từ 4 đến 6 tầng
Trang 32- Lớp 9: lớp đất sét pha màu xám, xám nâu, xám gụ đôi chỗ xen kẹt cát.Trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng Bề dày trung bình của lớp là 4,7m Lớp đấtsét pha có sức chịu tải tốt, phù hợp với công trình có tải trọng từ 4 đến 6 tầng.
- Lớp 10: Lớp cát hạt mịn màu xám, xám đen, xen kẹp các mạch cát.Trạng thái chặt vừa Bề dày trung bình của lớp là 2,6m Lớp đất cát hại mịn cósức chịu tải tốt nhưng bề dày mỏng cho nên khi xây dựng công trình lớn cần
có biện pháp xử lý cọc xuyên qua lớp đất này
- Lớp 11: lớp đất sét pha màu xám, xám nâu, xám gụ đôi chỗ xen kẹtcát Trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng Bề dày trung bình của lớp là 9,0m Lớp
đất sét pha có sức chịu tải tốt, phù hợp với công trình có tải trọng từ trung bình
đến lớn
- Lớp 12: Lớp cát nhỏ màu xám, xám đen Trạng thái chặt Bề dàytrung bình của lớp là 2,4m Lớp cát nhỏ có sức chịu tải tốt, phù hợp với côngtrình có tải trọng từ trung bình đến lớn
- Lớp 13: Lớp cát hạt trung lẫn sạn sỏi cuội nhỏ màu xám, xám sáng,vàng nhạt ở trạng thái chặt đến rất chặt Với chiều sâu các lỗ khoan chưa xác
định hết chiều dày của lớp Lớp cát hạt trung lẫn cuội sỏi só sức chịu tải rất tốtphù hợp với công trình cao tầng có tải trọng lớn
Trang 33mà còn vào ý nghĩa công trình, giải pháp kết cấu, phương pháp xây dựng củachúng.
Mặc dù tải trọng do áp lực ngang của đất là tải trọng cơ bản đối vớitường trong đất nhưng khi tính toán tất cả các tải trọng đều được khảo sát Cácdạng tải trọng có thể tác động lên công trình gồm:
- Do trọng lượng bản thân của công trình
- Do tác động của các ứng lực đặt trên mặt đất
- Do một phần nhà trên mặt đất truyền trực tiếp lên công trình
- Do một phần nhà trên mặt đất truyền qua đất
- Do áp lực đất lên mặt tường
- Do áp lực nước dưới đất lên mặt tường
- Các tải trọng tập trung do neo đất hoặc thanh văng
- Các tải trọng do các thiết bị công nghệ bố trí trực tiếp trong côngtrình
Theo tiêu chuẩn các tải trọng và tác động, tải trọng tác động vào kết cấuthông thường chia làm 3 loại:
+ Tải trọng thường xuyên (cố định): là những tải trọng và tác động nhưtrọng lượng bản thân của đất và công trình, thường xuyên tác dụng khi xâydựng và khai thác
+ Tải trọng tạm thời: là những tải trọng chỉ tác động trong một thời kỳnhư tải trọng động mặt sàn, ô tô, cần trục, tải trọng xếp đống vật liệu
Trang 34+ Tải trọng đặc biệt: bao gồm lực động đất, va chạm và các tác độngkhác tác dụng khi xây dựng và khai thác công trình như áp lực ngang khi dângquá nhanh đáy kết cấu chắn giữ hoặc lở đất trong vùng áo sét.
Việc tính toán công trình được tiến hành với tổ hợp bất lợi nhất của tảitrọng hoặc các ứng lực tương ứng với nó Các tổ hợp này được thiết lập từ việcphân tích các phương án tác động đồng thời thực tế của các tải trọng khácnhau đối với giai đoạn làm việc được xem xét của công trình Khi đó người taphân ra:
+ Tổ hợp tải trọng cơ bản 1 lập từ các tải trọng thường xuyên, các tảitrọng dài hạn
+ Tổ hợp tải trọng cơ bản 2 lập từ các tải trọng thường xuyên, các tảitrọng ngắn hạn
+ Tổ hợp tải trọng đặc biệt lập từ các tải trọng thường xuyên, tải trọngdài hạn, ngắn hạn và một tải trọng đặc biệt
Bảng 2.1 Bảng tải trọng và tác động [ Nguồn 8,10,22]
Trong điều kiện thi công
(0,9)
2 áp lực bên (nằm ngang) của đất lên tường trong
1,1(0,9)
3 áp lực bên phụ lên tường do lớp đất nằm
nghiêng
kPa(kG/cm2)
1,1(0,9)
4
áp lực bên phát sinh trong đất khi đổ đầy hào
bằng hỗn hợp bê tông và truyền lên tường qua
đất khi đông cứng
kPa(kG/cm2)
1,1(0,9)
5 áp lực bên phụ không đồng đều của đất lên
tường tròn trên mặt bằng của phần ngầm gây ra
kPa(kG/cm2) 1,0
Trang 35do sự không đồng nhất của đất trên mặt bằng
6 áp lực thủy tĩnh của nước ngầm lên tường (áp
lực bên) và đáy (áp lực đứng)
kPa(kG/cm2)
1,1(0,9)
7 Lực ma sát giữa tường và đáy khi công trình nổi kN 1,0
8 Lực căng neo:
+ Để tiếp nhận áp lực bên của đất
+ Để tạo lực bổ sung chống đẩy nổi công
trình
1,0Tác động ngắn hạn
9 áp lực bên phụ của đất lên tường gây ra bởi các
tải trọng trên mặt đất
kPa(kG/cm2) 1,010
áp lực bên chủ động (và bị động) của đất kPa
Trong điều kiện khai thác14
áp lực phụ thêm của đất lên tường, gây ra bởi
các tải trọng ngắn hạn, dài hạn, đặt trên mặt đất
và các thiết bị khác
kPa(kG/cm2)
1,2(0,8)
17 áp lực đất lên tường gây ra do biến dạng mặt
đất khi sử lý khu vực
kPa(kG/cm2)
Trang 36Lưu ý: Giá trị hệ số vượt tải trong ngoặc được sử dụng khi tính kết cấu
có chất tải, nổi, ổn định chống trượt cũng như các trường hợp khác khi chúnglàm xấu điều kiện làm việc của kết cấu
Khi tính toán kết cấu tường trong đất, áp lực chủ yếu tác dụng lên bềmặt tiếp xúc của kết cấu với đất là áp lực đất Theo đặc điểm tác dụng tương
hỗ của đất với tường chắn người ta chia ra các dạng áp lực bên sau đây của
đất: chủ động, bị động và áp lực đất trong trạng thái tĩnh áp lực chủ động và
áp lực bị động là áp lực giới hạn của đất
Vùng áp lực đất chủ động
+ áp lực bị động phát sinh khi tường dưới tác dụng của ngoại lực bịxoay về phía đất (dịch chuyển về phía đất) Trong trường hợp này, tường chịuphản lực của đất (bị động) phụ thuộc vào trọng lượng đất bị đẩy trồi và hướngngược với sự chuyển dịch của tường
+ áp lực đất trong trạng thái tĩnh là áp lực bên tự nhiên, nhưng khôngxét đến sự phá hoại trạng thái ứng suất tự nhiên của khối đất gây ra do việc cótường chắn công trình áp lực giới hạn này của đất nằm trong trạng thái cânbằng đàn hồi, được truyền bởi khối đất có cấu trúc không phá hoại khi không
có dịch chuyển trên các kết cấu chắn giữ cứng bất động của công trình
Trang 37Tải trọng nằm ngang tác dụng lên kết cấu được cộng từ áp lực bên cơbản của đất, áp lực chủ động hoặc áp lực bị động; một trong số áp lực bên phụthêm của đất gây ra bởi tải trọng trên bề mặt, mặt trượt, lớp nằm nghiêng haycác nguyên nhân khác; và trong địa tầng ngâm nước thì có áp lực thủy tĩnh.
- áp lực đất chủ động vào lưng tường:
) 2 45 ( 2 ) 2 45 ( )
- trọng lượng của đất sau tường
h - chiều sâu tính toán
q - Tải trọng trên mặt đất
- áp thủy tĩnh
Giá trị tiêu chuẩn của áp lực thủy tĩnh của nước ngầm lên tường (áp lựcngang) và lên đáy (thẳng đứng) được xác định như là tích của trọng lượngriêng của nước (w = 10kN/m3) với chiều sâu từ mực nước ngầm đến điểmkhảo sát trong đất cát, á cát, á sét, bùn và các đất khác Mực nước ngầm phảilấy cao nhất với những điều kiện làm việc đã biết của nhà Khi có vài mựcnước ngầm, áp lực thủy tĩnh xác định riêng với từng mực nước, còn khi có áplực nước ngầm thì mực nước ngầm dâng lên tương ứng với áp lực nước
w w
Trong đó:
w- trọng lượng riêng của nước
hw - chiều sâu mực nước ngầm từ điểm tính toán
2.2 Tính toán thiết kế tường liên tục trong đất:
Trang 38Hình 2.2 Sơ đồ tính toán theo phương pháp Sachipana [8]
Căn cứ vào điều kiện cân bằng tĩnh, ta đưa ra được công thức tính Nk và
xm Phương trình cân bằng tĩnh:
Y = 0
MA = 0
2 0
1 1
2 2
0
1 2
1 2
1 2
1
m m
k
k i m
m k
m k
) 3
1 2
1 2
1 2
1 2
1 ( )
(
3
1
0 0
2 0 0
0 ) 3
( 2
1 1
1
1 1
Trang 39Hình 2.3 Sơ đồ tính toán theo phương pháp đàn hồi [8]
Chuyển dịch của thân tường và hình thức cuối cùng của nội lực:
h h EI
x h EI
x x
h EI EI
kk kk
3 2
3
1 6
2 ) (
1 2 3 1
1 2 1
1 2
1 )
( 6 2
ik i ik
i
k i ik
k i ik
k
i
EI
h N x
h N EI x N EI x
h EI
N x
h EI
1 2
ik i
x E x h
s
2 0 4
Trang 40h EI
h h
EI
h E EI
k k
s
k
2
3 0 3
2 0 5
0 0
3 0
12 4
Kh - Hệ số nền theo chiều ngang của đất nền (KN/m3)
Es= Kh x B – Mô đun đàn hồi ngang của lớp đất (KN/m2)
E - Mô đun đàn hồi của thân tường (KN/m2)
I- Mômen quán tính mặt cắt mỗi mét dài theo chiều ngang của thântường
B- Độ dài theo chiều ngang của thân tường, thường lấy bằng 1m
- Độ dốc của áp lực nước, đất
2.2.2.2 Phương pháp tính lực trục thanh chống, nội lực thân tường biến
đổi theo quá trình đào móng: [8]