Luận văn nghiên cứu ứng dụng neo đất cho thi công hầm nhà cao tầng tại thành phố hạ long

Trang 1 MỞ ĐẦU* Lý do chọn đề tàiTrong vài thập kỷ trở lại đây, sự xuất hiện và sử dụng công nghệ neotrong đất trong công trình xây dựng khá đa dạng như tăng cường ổn định máiđất, tường

MỞ ĐẦU

* Lý do chọn đề tài

Trong vài thập kỷ trở lại đây, sự xuất hiện và sử dụng công nghệ neotrong đất trong công trình xây dựng khá đa dạng như tăng cường ổn định máiđất, tường chắn, móng mố cầu treo, ổn định đê đập, ụ tàu, ổn định, vòmhầm,

Ở Việt Nam, neo được sử dụng chủ yếu vào việc ổn định sườn dốc, gia

cố vỏ hầm trong các công trình xây dựng giao thông hay như là chống đỡtrong thi công hầm nhà cao tầng trong xây dựng dân dụng và công nghiệp tạicác thành phố lớn như TP Hà Nội hay TP Hồ Chí Minh và đã có nhữngthành công bước đầu cũng như mang lại hiệu quả kinh tế cao trong khoảng 20năm trở lại đây

Thành phố Hạ Long với đặc điểm là thành phố ven biển với tiềm năngrất lớn về ngành dịch vụ du lịch, khoáng sản Trong khoảng 10 năm trở lạiđây, các công trình xây dựng không ngừng phát triển cả về số lượng, lẫn quy

mô trong đó có việc xây dựng các công trình giao thông, các công trình xâydựng công nghiệp lớn như các nhà máy nhiệt điện và các nhà cao tầng với sốlượng hầm ngày một tăng Hơn thế nữa, với đặc điểm về địa hình và địa tầngkhá phức tạp ở cửa biển và đồi núi phong hóa mạnh nên việc thi công hầmgặp nhiều khó khăn và đòi hỏi các giải pháp chống đỡ kỹ lưỡng để đảm bảo

an toàn và hữu hiệu Một trong những giải pháp phục vụ thi công hầm nhàcao tầng mà ta kể tới là giải pháp neo kết hợp với tường chắn nhằm ổn địnhthi công hố đào và tăng nhanh tốc độ thi công cũng như tiết kiệm các chi phí

cho chủ đầu tư Vì vậy, tác giả lựa chọn đề tài luận văn tốt nghiệp là “Nghiên cứu ứng dụng neo đất cho thi công hầm nhà cao tầng tại thành phố Hạ Long”.

* Mục đích nghiên cứu

Đề xuất cơ sở khoa học cho việc sử dụng neo trong đất vào việc ổnđịnh tường chắn cho hầm nhà cao tầng tại thành phố Hạ Long, nơi có điềukiện địa chất phức tạp với cấu trúc địa tầng ven biển và đồi núi, nền đất bịphong hóa mạnh dễ xảy ra hiện tượng trượt gây mất ổn định cho công trình

* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: các neo đất, các loại địa hình, địa tầng tại một sốkhu vực thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh, hầm của các nhà cao tầng haycủa các công trình xây dựng công nghiệp

Phạm vi nghiên cứu:

- Nghiên cứu lý thuyết tính toán và áp dụng neo đất cho các công trìnhxây dựng tại thành phố Hạ Long với việc chủ yếu tập trung cho việc xây dựngcác hầm nhà công trình cao tầng

* Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết : Thu thập, nghiên cứu, vận dụng tài liệu và kinhnghiệm trong và ngoài nước

- Phương pháp thống kê với việc thu thập các tài liệu địa chất côngtrình địa chất thủy văn tại một số khu vực thuộc tỉnh Quảng Ninh

- Phương pháp chuyên gia: Tham vấn và hỏi ý kiến các chuyên gia, cácThầy giáo chuyên ngành Địa Kỹ Thuật

- Phương pháp mô hình hóa với việc sử dụng phần mềm chuyên ngànhĐịa Kỹ Thuật ( Plaxis, Geo5 )

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học: nghiên cứu, đề xuất các giải pháp thi công hợp lýtrong thi công hầm nhà cao tầng tại thành phố Hạ Long

Ý nghĩa thực tiễn: Hoàn thiện các phương án thi công tầng hầm tối ưudành cho điều kiện địa chất riêng biệt tại thành phố Hạ Long Đem lại sự hiệuquả trong thi công và tiết kiệm chi phí thi công công trình

* Cấu trúc luận văn

Ngoài các phần Mở đầu, kết luận và kiến nghị, Tài liệu tham khảo vàPhụ lục, nội dung chính của Luận văn gồm ba chương:

Chương 1: Tổng quan chung về neo đất và việc sử dụng neo đất trongthi công hầm các công trình xây dựng

Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán neo đất

Chương 3: Ứng dụng neo đất trong thi công hầm chung cư 33 tầngLIDECO - Thành phố Hạ Long

NỘI DUNG

Chương 1 Tổng quan chung về neo đất và việc sử dụng neo đất trong thi công hầm các công trình xây dựng

1.1 Một số khái niệm về neo đất [6,7]

Trong những năm gần đây, các áp dụng mới về hệ thống neo đất đã tiếp tụcxuất hiện thường xuyên và ngày nay các neo này có thể được kết hợp với tườngchắn, ụ khô, đập, bể chứa nước, đê bê tông trọng lực, các toà nhà cao tầng, cầu treohoặc vòm, mái treo, thử tải trọng và bản, tháp thông tin, cột ăng ten, cầu nhảy trượtbăng, ổn định vách đá tầng lộ thiên, ổn định sườn dốc, cột, hầm, hang ngầm, đườngống và giàn khoan dầu

Nguyên tắc chung để thiết kế neo đất là phải đánh giá độ tin cậy, các yêucầu về mặt kỹ thuật, cần phải có hiểu biết chi tiết về đặc tính của đất nền, phải cócác khảo sát chi tiết và một thiết kế đúng đắn có liên quan đến các tải trọng tĩnh vàđộng, vị trí neo, chiều dài truyền tải trọng và ổn định cục bộ và ổn định tổng thể.Chú ý rằng, xu hướng hiện nay đang vươn tới thiết kế theo trạng thái giới hạn, cầnphải kể đến tải trọng và biến dạng đi kèm dưới các điều kiện khai thác, cũng như cơchế phá hoại phát triển khi phá hoại Đối với các công trình tạm thời và lâu dài, bảo

vệ chống ăn mòn cần được áp dụng thích hợp với hoàn cảnh cụ thể

Thanh neo trong đất được phát triển trên cơ sở của thanh neo trong đá, trướcnhững năm 50, thanh neo trong đá được ứng dụng trong kết cấu vỏ áo đường hầm.Năm 1958 một công ty của Đức lần đầu tiên dùng vào việc neo giữ tường chắn đấttrong thi công hố móng sâu, thanh neo đã đưa vào trong tầng đất không phải là sét

Thanh neo trong đất có rất nhiều ưu điểm, sau lần ứng dụng thành công năm

1958 đã được các nước chú ý và tiếp tục ứng dụng trong việc neo giữ các loại kết

cấu, đồng thời tập trung nhiều công sức vào nghiên cứu phát triển, làm cho sốlượng công trình ứng dụng tăng lên rất nhanh, công nghệ thi công ngày càng đượchoàn thiện và hình thành các thiết bị thi công đồng bộ.

Hình 1.1 Các ứng dụng của thanh neo

Neo ngang có thanh giữ Neo phun vào đá Neo phun vào đất

Neo giữ bằng trụ neo Neo bản Neo kép có thanh giữ

Hình 1.2 Cách bố trí neo trong công trình hố móng

Từ 1970, nhiều nước đã soạn thảo ra các quy trình thiết kế và thi công thanhneo trong đất Đồng thời, năm 1969 Hội cơ học đất và nền móng công trình Quốc

tế lần thứ 7 tại Mexico, năm 1977 hội nghị lần thứ 8 tại Tokyo đã thảo luận các vấn

đề về chùng/rão và ăn mòn cũng như về lý thuyết tính toán, về nâng cao khả năngchịu lực….

Ở Trung Quốc đầu tiên dùng vào công trình đường hầm xe điện ngầm, năm

1980 lần đầu tiên dùng vào neo giữ hố móng sâu nhà cao tầng, nói chung là bơmvữa áp lực, cũng có khi bơm vữa hai lần, cốt neo từ cốt thép thô phát triển đến dâythép xoắn, từ neo 1 tầng đến neo hố sâu 4 tầng, cũng đã soạn ra tiêu chuẩn ngành.Đến nay, thanh neo trong đất đã được ứng dụng tương đối phổ biến và đều là thanhneo dự ứng lực

Neo trong đất là hệ thống làm ổn định kết cấu, chống lại dịch chuyển quámức của kết cấu bằng cách tạo ra ứng suất trước truyền vào trong đất đá Định

nghĩa của Littlejohn: “ Neo trong đất là thiết bị có khả năng truyền tải trọng kéo

vào các lớp địa tầng”

Neo trong đất là hệ thống giữ sự ổn định cho kết cấu, chống lại sự chuyển vịquá mức của kết cấu bằng cách tạo ra ứng suất truyền vào trong đất Neo đất có thểchịu lực nâng lên hoặc áp lực đất, áp lực nước lên tường chắn, nó tận dụng khảnăng dính kết giữa bầu neo và các lớp đất tốt ở phía dưới sâu ngoài phạm vi mặttrượt để ổn định cho kết cấu công trình

Hình 1.3 Cấu tạo cơ bản của neo đất

Trong công tác thi công, công trình ngầm hay hố đào sâu có thể giữ ổn địnhdưới áp lực bên lên tường chắn từ bên ngoài hố đào nhờ hệ thống neo giữ hoặcthanh giằng Ngày nay với kỹ thuật neo có rất nhiều loại neo khác nhau được sửdụng và thi công cho công trình ngầm dưới đất Loại neo mà thường được hay sửdụng nhất là hệ neo dự ứng lực được khoan và bơm vữa Neo trong đất thườngđược thiết kế độ nghiêng từ 10 - 45 độ Với kết cấu tường chắn, góc nghiêng củaneo thông thường được thiết kế từ 15 đến 35 độ so với phương ngang Trong một

số trường hợp hạn chế mặt xung quanh công trình, người ta thiết kế góc nghiêngcủa neo một góc 45 độ [8]

Các thành phần cơ bản của neo trong đất bao gồm : đầu neo, phần chiều dàikhông bám dính và chiều dài bám dính (bầu neo)

Phần đầu neo: là phần liên kết với kết cấu tường chắn, nó phải đảm bảo vững chắccho đầu neo, không làm biến dạng và phá huỷ cục bộ tường chắn

Phần chiều dài bám dính là phần cuối cùng của tường neo được cố định chắc chắnvào nền đất ổn định Nó phải đảm bảo khả năng bám dính với đất và không làm mởrộng biến dạng dẻo của đất nền bao quanh nó Vì thế vùng đất nền này phải có kíchthước đủ lớn và cần được củng cố và mở rộng vùng neo, cải thiện phần đất quangvùng neo, tăng độ sâu và chiều dài bám dính của neo…

Phần chiều dài không bám dính là phần truyền tải giữa phần đầu và phần cố định.Phần tự do (thân neo) cần có cường độ và tiết diện đảm bảo

Phần thân neo: là bộ phận truyền lực của neo thường được sử dụng ống thép, thanhthép có gờ, cũng như các dây thép, thanh thép có cường độ cao trong các dạng cápchùm, bó cáp có độ bền lên tới > 1800Mpa, với các ống thép từ 300-1500Mpa hayvới sợi cáp lên tới 500-2500kN [8] Thép sử dụng trong neo có thể dùng cả 2 dạng

là cáp dự ứng lực thường có đường kính danh định là 12,7mm hoặc 15,2mm.Thanh thép có đường kính 16mm đến 88mm và chiều dài một thanh khoàng 11,8m

Tải trọng thiết kế của neo có thể kể đến như đối với thanh neo có đường kính65mm tải trọng thiết kế xấp xỉ 3447 kN Với các neo có chiều dài lớn hơn 11,8m,

có thể sử dụng hộp nối để nối các thanh thép bởi các đầu nối ống có ren để đạt đượcchiều dài yêu cầu Các thanh thép cường độ cao được chế tạo các thành các rãnh rentrên toàn thân thanh thép có (Fy=1035Mpa) được đưa vào bên trong ống gen chophép ghép nối và phát triển một cách tương tự như cốt thép So với cáp dự ứng lực,thanh thép dễ tạo ứng suất và có thể điều chỉnh được tải trọng sau khi lắp đặt

Chiều dài phần tự do phải đảm bảo đủ để phần cố định của neo nằm vào vùng đất

ổn định sau mặt trượt Cả thanh thép và cáp dự ứng lực đều được ứng dụng làm neotrong đất Các quy định về thanh neo và cáp dự ứng lực tuân theo tiêu chuẩn ASTMA722 và ASTM A416

Hình 1.4 Neo bằng thép cường độ cao

Tùy thuộc vào cường độ chịu kéo của thép mà chế tạo thanh neo, với mỗiloại cường độ chịu kéo của thép sẽ cho ra một loại sản phẩm neo với cường độ chịukéo khác nhau

Các thanh neo thường được sản xuất với chiều dài cố định từ nhà máy sảnxuất với chiều dài lớn nhất là 11,8m Với chiều dài thanh thép neo lớn hơn chiềudài do nhà máy thiết kế, sẽ được được nối lại với nhau bởi coupler (khớp nối)tương tượng như khớp nối thép trong xây dựng Tức là đầu nối sẽ được tiện ren phùhợp với đường kính ren 2 đầu của thanh thép được chế tạo làm neo Rất dễ dàng và

thuận lợi cho phép ghép nối chiều dài các thanh neo lại với nhau để đạt chiều dàineo thiết kế theo yêu cầu.

Bảo vệ thanh neo: Thanh neo thường được bảo vệ bởi các lớp mạ kẽm đểchống gỉ hay các lớp nhự đường nấu nóng quét lên thanh và sau đó tiến hành đượcđặt trong các lớp vỏ bọc HDPE, tiếp theo tiến hành bơm vữa vào bó xung quanhthanh thép và ống HDPE, để đặt cho thanh thép không bị lệch tâm khỏi vị trí tâmống HDPE thì thông thường trong các ông HDPE sẽ được bố trí định tâm

Mặt bích đầu neo: Mặt bích hay gọi là bản mã đầu neo thông thường được

chế tạo bởi các tấm thép cường độ cao hình vuông có diện tích và chiều dày bằnghoặc lớn hơn cường độ thanh neo làm việc Bản mã có nhiệm vụ truyền lực ngangcủa tường xuống bầu neo thông qua sự làm việc của thanh neo và bu lông Bản mã

có tác dụng chống sự truyền lực cục bộ của tường vào thanh dẫn đến phá hoại cục

bộ tường bê tông tại điểm đặt neo

Bu lông của thanh neo: Là thành phần giữ cố định thanh neo vào tường, khisiết bu lông sẽ dùng máy bắn siết bu lông tới khi nào đạt tới cường độ thiết kế thìdụng lại

Hình 1.5 Cáp sử dụng neo

1.2 Phân loại neo và phạm vi áp dụng [6,7]

1.2.1 Phân loại neo theo thời gian sử dụngNeo vĩnh cửu (Permanent Ground Anchor) dùng vào cho mục đích ổnđịnh lâu dài cho các hạng mục, các công trình ngầm vĩnh cửu Neo được xemnhư một bộ phận của công trình, có cùng tuổi thọ với công trình

Để cung cấp khả năng bảo vệ chống ăn mòn cho neo vĩnh cửu cần thiếtphải bọc kín toàn bộ neo được gói gọn trong vữa trong vỏ bọc có gờ Vỏ bọcHDPE hoặc PVC được cung cấp độ nhám để neo có thể phát triển khả năngliên kết với vữa bên ngoài vỏ, trong khu vực không bám dính của neo đượcbao bọc bởi vỏ bọc trơn để ngăn sự phát triển bám dính

Một ống thép được nhựa gắn vào mặt sau tấm gối, ống này có dạng loakèn được gọi là “trumpet” Đây là đoạn chuyển vị từ vỏ bảo vệ sang đầu neo,bảo vệ ăn mòn Trumpet được lấp đầy vữa bọt, hoặc dầu mỡ sau khi căng kéo

để bảo vệ chống ăn mòn Một nắp được phủ đầy chất chống ăn mòn được đặtbên trong khoá ốc bảo vệ đầu neo Đối với neo bằng thanh bar, phần chuyểntiếp neo sang đầu neo được sử dụng ống Trumpet để bảo vệ neo khỏi ăn mòn

Hình 1.6 Cấu tạo cơ bản của neo vĩnh cửu

Neo tạm thời (Temporary Ground Anchor) được dùng trong thời gianngắn, trong thời gian công trình đang diễn ra xây dựng với mục đích truyềnngoại lực tác dụng vào nền móng công trình trong quá trình xây lắp, nhằmhạn chế mức độ chuyển vị hay biến dạng theo yêu cầu đã định trước Loại này

có thể tháo ra được toàn bộ hay một phần sau khi công trình thi công xong

Thanh neo được bảo vệ bởi một lớp vỏ bọc để tránh khả năng bị gỉ hay

ăn mòn trong vùng kéo không bám dính Lớp vỏ này được làm bằng nhựaPVC mịn và đường kính của lớp ống chỉ lớn hơn một chút so với đường kínhthanh bar đủ cho phép thanh bar có thể trượt trong ống Với thanh neo, cácthanh bar sẽ phát triển khả năng kéo thông qua các ren được cán sẵn vàothanh khi tiếp xúc với vữa

Neo cũng được phân chia theo cách thức mà neo được đỡ bởi lực masát giữa lớp vữa và lớp đất được thể hiện như sơ đồ Hình 1.7 [11]

Hình 1.7 Phân loại neo trong đất

1.2.2 Phân loại neo theo hình dạng và sự làm việc

Có nhiều dạng neo với những kết cấu phong phú làm ổn định các công trình.Nhờ trọng lượng của bản thân, nhờ tạo nên lực cản mặt trước của neo hoặc nhữnglực masat giữa neo và đất môi trường

Neo cố định

Neo tạo lực

kéo

Neo tạo lực nén

Neo tạo lực

tập trung Neo tạo lực phân bố

Neo trong đất

Nhờ trọng lượng bản thân tạo nên lực neo và lực neo đó chính bằng tổng của

lực ma sát đáy móng neo Pf và lực nén bị động của đất mặt trước của neo gây nên.(Hình 1-10)

Neo trọng lực thường chịu được tải trọng rất lớn, có thể đạt tới hàng ngàn tấnthường được sử dụng làm mố neo của cầu cáp, cầu treo, đường dây chuyển tải v.v

Hình 1.10 Neo hình trụ

Neo hình trụ được chôn sâu trong tầng đất đá môi trường Sức chịu lực củaneo chính là nhờ lực masat, sức dính bám giữa bầu neo và khối đất đá Ưu điểm củaloại neo này là ta có thể chôn sâu vào tầng đất đá

Neo hình trụ được dùng để ổn định chống sụt trượt mái dốc, gia cường vách

hố móng, neo đê đập, ụ tàu, ổn định vòm hầm v.v

Xét về mặt chịu lực thì neo có thể là một kết cấu độc lập như neo của cầutreo, neo ổn định mái dốc nhưng cũng có thể neo làm nhiệm vụ hỗ trợ các kết cấukhác để đảm bảo sự ổn định tổng thể cho công trình ví dụ neo vòng vây cọc vánthép, neo ổn định đê đập Do vậy khi tính toán ổn định công trình ở trường hợp thứhai phải tính đến ổn định của một lăng thể trượt dưới tác dụng tương hỗ giữa côngtrình, hệ neo và khối đất

Hình 1.11 Neo ổn định mái dốc Hình 1.12 Hình neo tường chắn

Ở một số nước trên thế giới đã sử dụng phổ biến vấn đề neo ổn định chobiết:

Dùng neo ổn định mái đất có thể tiết kiệm được 30% - 60% các khối lượng phátsinh so với các biện pháp thông thường như là đắp bệ phản áp, tường chắn hoặc cọccử

Neo ổn định các vách đá nứt nẻ chống lăn trượt Các biện pháp này tiết kiệmđược khoảng 25%-50% (hình 1.15)

Ngày nay khi công nghệ khoan phát triển người ta dùng phổ biến phươngpháp tạo lỗ bằng máy khoan, sau đó cho neo vào lỗ và phun vữa tạo bầu neo vừanhanh lại vừa đạt hiệu quả cao (hình 1.16, 1.17, 1.18)

1.2.3 Phân loại neo tuỳ theo mục đích sử dụngCác dây neo tạm thời:

Chỉ có vai trò tạm thời và trở nên vô ích sau một tiến độ của công trình,không kể đến thời gian đặt các dây đó và thời gian chúng thành vô ích, thường thìthời gian sử dụng của các neo này dưới 18 tháng.

Các dây neo cố định (thường xuyên):

Là các dây neo đảm bảo sự bền vững của một công trình trong hạn tuổi thọcủa nó

1.2.4 Phân loại theo công nghệ thi công neo khoan

Công nghệ chế tạo một neo hình trụ nghiêng như sau:

Hình 1.15: Sơ đồ gia cố tường chắn bằng neo hình trụ

1 tường;2 gối neo;3 thân neo;

- Sau đó đặt vào ống khoan một ống phụt cùng với thanh căng của neo, ởđầu thanh có thiết bị neo, ở giữa có các vách chặn để định tâm thanh neo trêntrục lỗ khoan và một đĩa ngăn cách để tránh cát rơi vào vữa chèn phần làmviệc.

- Nếu như khi khoan phải dùng ống chèn thì ống chèn sẽ được rút đến vị tríđĩa ngăn trong quá trình ép vừa phần làm việc

- Chèn đầy lỗ khoan bằng hỗn hợp vữa xi măng cát và rút ống chèn Thiết bịgối neo truyền ứng lực từ tường neo lên sau khi vữa chèn phần làm việc củaneo đạt cường độ thiết kế và sau khi căng trước neo

Ở Mỹ loại neo này được sử dụng nhiều hơn cả vì chế tạo đơn giản Các neotrụ dài được coi là đơn giản hơn, rẻ hơn neo ngắn mà có mở rộng Kết luận này làđúng khi đặt neo trong đất cát chặt hoặc đất sét, trong các trường hợp còn lại thì cần

có phần làm việc mở rộng

Các neo khoan có mở rộng đường kính:

Hình 1.16 Sơ đồ đầu neo có dầu nở 1-tường; 2-gối neo; 3-đĩa lấp đầy; 4-thân neo; 5-vữa xi măng cát; 6-đầu nở;7-cát.

Khả năng làm việc của neo trong trường hợp này được chia ra làm hai loại(Hình 1-18 và có phần mở rộng do kết cấu chuyên dụng của đầu khoan Loại mộtdùng trong đất cát, loại hai dùng trong đất sét Kích thước tiêu chuẩn của phần làm

việc thường; đường kính thân neo 200mm còn phần mở rộng 400mm; chiều dàiphần làm việc 4- 6m.

Phần neo (thanh căng) được chế tạo từ những vật liệu giống như neo hìnhtrụ Khả năng làm việc của neo tuỳ thuộc vào các điều kiện của đất, thường từ0,151,5 MN Công nghệ xây dựng neo có phần mở rộng lần lượt là:

- Đầu tiên khoan lỗ khoan và lấp đầy phần làm việc của neo bằng vữaximăng

- Đưa vào lỗ khoan thanh neo có phần mở rộng

- Rút ống chèn ra ngoài phần mở rộng và mở rộng bằng cách xoay thân neo

và ép vào gương khoan trộn đất cát với vữa ximăng

- Lấp đầy lỗ khoan bằng hỗn hợp vữa xi măng cát và rút ống chèn

- Việc căng neo và đặt gối neo được thực hiện sau khi vữa ximăng đạt độbền thiết kế

Đối với đất sét khả năng làm việc của neo này khá cao

Hình 1.17 Hình dáng bề ngoài của phần làm việc của đầu neo nở

Khả năng làm việc của neo phụt được đảm bảo do khối lượng đất được gia

cố quanh phần làm việc của neo Để gia cố phần đất xung quanh vùng làm việcđược ép vữa xi măng với áp lực đến 2Mpa Để ngăn hiện tượng chảy vữa lên phầntrên của lỗ khoan giữa phần làm việc và phần trên phải đặt nút Neo loại này đượcdùng trong đất á cát và cát Đường kính lỗ khoan 150  200 mm Chiều dài phầnlàm việc 46m Thân neo cũng từ những vật liệu như cho neo trụ Khả năng làmviệc của neo từ 0.151,5 MN

Trong thực tế tồn tại nhiều loại neo phụt: nút cao su, nút ximăng và đầukhoan như trên Hình 1-18

Công nghệ chế tạo neo phụt có nút ximăng như trên Hình 1-20b bao gồm:

- Khoan lỗ

- Tạo nút bằng vữa xi măng cát tỷ lệ 1:3:0,5 (XM - cát - nước) trực tiếp bằngống phụt

- Phần trên của lỗ khoan nhồi hỗn hợp cát - nước

- Sau khi nút xi măng cát đã đông cứng lại, tiến hành ép vữa ximăng theo tỷ

lệ 1: 0,5: 0,001 (XM - nước - bột xà phòng nhão) vào phần làm việc của neovới áp lực đến 2 Mpa

Neo phụt có đầu khoan (Hình 1.20c) không cần phải làm nút xi măng, màthay bằng nút đất Người ta chế tạo các neo tương tự không có ống chèn theo thứtự:

- Sau khi khoan đến chiều sâu thiết kế đầu khoan quay ngược trong phạm vivùng làm việc Đồng thời với việc dịch chuyển đầu khoan, qua ống phụtngười ta nhồi đầy lỗ khoan bằng vữa xi măng

- Do phần trên của lỗ khoan đã nhồi đầy cát bằng cách rút ngược đầu khoan(không xoay) nút đặt được hình thành

- Sau đó ép vữa xi măng dưới áp lực đến 2 Mpa và đầu khoan xoay trở lạiđến gương Cần khoan trong neo loại này đóng vai trò thanh neo, điều đólàm đơn giản quá trình công nghệ xây dựng neo

- Việc căng neo và đặt gối tiến hành sau khi vừa đạt độ bền thiết kế

Đánh giá, xếp hạng theo mức độ xấu dần các chỉ tiêu của các loại neo nhưsau:

Theo mức độ khó khăn ít nhất: neo phụt có đầu khoan; neo hình trụ; neo cóphần mở rộng hàn thêm vào; neo phụt có phần khoan mở rộng; neo phụt nút ximăng; neo phụt nút cao su

Theo trị số của khả năng chịu tải: neo phụt; neo có mở rộng; neo trụ

Cũng trên cơ sở thực nghiệm ở Liên xô cũ người ta rút ra kết luận:

Về dạng neo hợp lý nhất trong đất cát: neo phụt có đầu khoan; neo phụt cóphần mở rộng hàn thêm; neo phụt nút cao su và xi măng

Trong đất cát pha: neo có phần mở rộng; neo trụ

1.2.5 Phân loại theo trạng thái ứng suất lắp đặt ban đầu

Neo tĩnh

Là loại neo mà dây neo không được truyền ứng suất trước trong quá trình thicông Khi không dự ứng lực thì giữa đầu neo với dầm sườn và tường cọc, giữa vữathân neo với đất không có ứng suất, muốn phát huy tác dụng của thanh neo, chỗ đầuneo sẽ phải có biến dạng chuyển vị rất lớn

Neo ứng suất trước:

Là loại neo mà dây neo được truyền ứng lực trước trong quá trình thi cônglắp đặt Tác dụng của ứng suất căng trước của thanh neo dự ứng lực là làm cho bósợi thép, dây thép xoắn, cốt thép của dây neo bị kéo căng và ép chặt vào đầu neo,dầm sườn và tường cọc, giữa vữa ximăng với đất sinh ra lực cản masat, toàn bộ hệthống đều ở trong tình trạng chịu lực Dây neo được căng trước cũng chính là mộtlần thử nghiệm chịu lực đối với thanh neo trong đất

So sáng đường cong chuyển vị khi chịu lực kéo của thanh neo ứng suất trướcvới thanh neo không truyền ứng suất trước như trên hình vẽ

Hình 1.19 So sánh hai loại thanh neo

Ở đây ứng suất trước của thanh neo dự ứng lực chỉ là để giảm bớt chuyển vị,

chứ không phải là tăng khả năng chống nhổ của thanh neo.

1.3 Khái quát điều kiện địa hình và địa chất công trình tại Thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh [18]

1.3.1 Vị trí địa lýThành phố Hạ Long ở trung tâm của tỉnh, có diện tích đất là 27.195,03

ha, có quốc lộ 18A chạy qua tạo thành chiều dài của thành phố, có cảng biển,

có bờ biển dài 50km, có vịnh Hạ Long 2 lần được UNESCO công nhận là Disản thế giới với diện tích 434km2

1.3.2 Điều kiện địa hìnhThành phố Hạ Long có địa hình đa dạng và phức tạp, là một trongnhững khu vực hình thành lâu đời nhất trên lãnh thổ Việt Nam, bao gồm cảđồi núi, thung lũng, vùng ven biển và hải đảo, được chia thành 3 vùng rõ rệt:

Vùng đồi núi bao bọc phía bắc và đông bắc (phía bắc quốc lộ 18A)chiếm 70% diện tích đất của Thành phố, có độ cao trung bình từ 150m đến250m, chạy dài từ Yên Lập đến Hà Tu, đỉnh cao nhất là 504m Dải đồi núinày thấp dần về phía biển, độ dốc trung bình từ 15-20%, xen giữa là các thunglũng nhỏ hẹp

Vùng ven biển ở phía nam quốc lộ 18A, độ cao trung bình từ 0,5 đến5m

Vùng hải đảo là toàn bộ vùng vịnh, với gần hòn đảo lớn nhỏ, chủ yếu làđảo đá Riêng đảo Tuần Châu, rộng trên 400ha nay đã có đường nối với quốc

lộ 18A dài khoảng 2km

1.3.3 Điều kiện khí hậuThành phố Hạ Long thuộc khí hậu vùng ven biển, mỗi năm có 2 mùa rõrệt, mùa đông từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, mùa hè từ tháng 5 đến tháng

10 Nhiệt độ trung bình hằng năm là 23.70C, dao động không lớn, từ 16.70Cđến 28,60C Về mùa hè, nhiệt độ trung bình cao là 34,90C, nóng nhất đến380C Về mùa đông, nhiệt độ trung bình thấp là 13.70C rét nhất là 50C.Lượng mưa trung bình một năm là 1832mm, phân bố không đều theo 2 mùa.Mùa hè, mưa từ tháng 5 đến tháng 10, chiếm từ 80- 85% tổng lượng mưa cảnăm Lượng mưa cao nhất vào tháng 7 và tháng 8, khoảng 350mm Mùa đông

là mùa khô, ít mưa, từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, chỉ đạt khoảng 15-20%tổng lượng mưa cả năm Lượng mưa ít nhất là tháng 12 và tháng 1, chỉkhoảng từ 4 đến 40 mm Độ ẩm không khí trung bình hằng năm là 84% Caonhất có tháng lên tới 90%, thấp nhất có tháng xuống đến 68%

Do những đặc điểm về địa hình và vị trí địa lý, ở thành phố Hạ Long có

2 loại hình gió mùa hoạt động khá rõ rệt là gió Đông Bắc về mùa đông vàgió Tây Nam về mùa hè Tốc độ gió trung bình là 2.8m/s, hướng gió mạnhnhất là gió Tây Nam, tốc độ 45m/s

Hạ Long là vùng biển kín nên ít chịu ảnh hưởng của những cơn bãolớn, sức gió mạnh nhất trong các cơn bão thường là cấp 9, cấp 10 Cá biệt cócơn bão mạnh cấp 11

Sông ngòi và chế độ thủy chiều:

Các sông chính chảy qua địa phận Thành phố gồm có các sông DiễnVọng, Vũ Oai, Man, Trới, cả 4 sông này đều đổ vào vịnh Cửa Lục rồi chảy ra

vịnh Hạ Long Riêng sông Míp đổ vào hồ Yên Lập Các con suối chảy dọcsườn núi phía nam thuộc phường Hồng Gai, Hà Tu, Hà Phong Cả sông vàsuối ở thành phố Hạ Long đều nhỏ, ngắn, lưu lượng nước không nhiều Vì địahình dốc nên khi có mưa to, nước dâng lên nhanh và thoát ra biển cũngnhanh.

Chế độ thuỷ triều của vùng biển Hạ Long, chịu ảnh hưởng trực tiếp củachế độ nhật triều vịnh Bắc Bộ, biên độ dao động thuỷ triều trung bình là 3.6m.Nhiệt độ nước biển ở lớp bề mặt trung bình là 180C đến 30.80C, độ mặn nướcbiển trung bình là 21.6% (vào tháng7) cao nhất là 32.4% (vào tháng 2 và 3hằng năm)

1.3.4 Khái quát về đặc điểm địa chất khu vựcTrong tỉnh Quảng Ninh nói chung và khu vực Thành phố Hạ Long đã

có nhiều nghiên cứu điều tra địa chất cơ bản, có thể kể ra một số công trìnhnhư sau:

Công tác điều tra lập bản đồ địa chất tỷ lệ 1: 200.000 chủ yếu do Liênđoàn Bản đồ địa chất thực hiện trong những năm 1969-1979, gồm các tờ bản

đồ địa chất khoáng sản tỷ lệ 1.200.000 (bể than Đông Bắc-1969, Lạng

Sơn-1976, Hải Phòng-Nam Định-1978, Hòn Gai-Móng Cái-1979), đã phát hiệnnhiều vấn đề mới về địa chất Công tác hiệu đính bản đồ địa chất khoáng sản

tỷ lệ 1: 200.000 thuộc loạt tờ Đông bắc, Bắc bộ (1996-2001) đã được xuấtbản

Công tác điều tra lập bản đồ địa chất tỷ lệ 1:50.000 do Tổng cục Địachất và Khoáng sản (Liên đoàn Bản đồ địa chất miền Bắc, Liên đoànIntergeo); Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản thuộc Bộ Tài nguyên vàMôi trường thực hiện Phạm vi của tỉnh đã đo vẽ chủ yếu phần phía đông,

gồm các nhóm tờ: Đầm Hà (1984), Bình Liêu-Móng Cái (1995); Cẩm Phả(1996);

Ngoài ra còn có các nghiên cứu chuyên đề khác như: Báo cáo điều trađịa chất đô thị (địa chất công trình - địa chất thủy văn) thành phố Hạ Long-

1995 tỷ lệ 1: 25.000; Báo cáo quy hoạch bảo vệ môi trường vùng Hạ Cẩm Phả-Yên Hưng đến năm 2010 và định hướng đến năm 2020 Các côngtrình trên đã phục vụ công tác xây dựng, quản lý, khai thác, quy hoạch vùng,của tỉnh Quảng Ninh

Long-1.3.5 Đặc điểm về địa tầng địa chất khu vựcTrong công trình nghiên cứu “Quy hoạch thăm dò khai thác và sử dụngkhoáng sản làm vật liệu xây dựng thông thường và khoáng sản phân tán nhỏ

lẻ trên địa bàn tỉnh Quảng Ninh đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030“ củaLiên đoàn Bản đồ địa chất Miền Bắc thuộc Tổng cục Địa chất và Khoáng sản,hoàn thành tháng 4/2014, có thể tóm tắt như sau:

- Hệ tầng Cô Tô (O3-Sct) phân bố ở các đảo Thanh Lân, Lò Chúc San,

Cô Tô…bề dày 1.300-1.400m

- Loạt Sông Cầu (D1sc) phân bố ở các đảo: Thoi Xanh, Sâu Nam, TràBàn, Trần, Vĩnh Thực…bề dày 400 - 640m

- Hệ tầng Dưỡng Động (D1-2dđ) phân bố ở các đảo: Trà Bàn, NgọcVừng…bề dày 1000-1300m Khoáng sản liên quan: đôi nơi lớp cát kết thạchanh dạng quarzit được sử dụng làm VLXD rất tốt (đảo Trà Bàn…)

- Hệ tầng Bản Páp (D2bp) phân bố ở các đảo: Trà Bàn, Thừa Cống,Bàn Sen…bề dày ~200m

- Hệ tầng Cát Bà (C1cb) phân bố ở phía bắc đảo Cát Bà, đảo nhỏ ở vịnhBái Tử Long, vịnh Hạ Long, ở Hoành Bồ bề dày 450m

- Hệ tầng Bắc Sơn (C-Pbs) phân bố ở vùng Quang Hanh, Cẩm Phả,Đông Triều, tổng bề dày 750-900m

- Hệ tầng Bãi Cháy (P2bc) phân bố ở Bãi Cháy, Hạ Long, Cẩm Phả…tổng bề dày 300-400m

- Hệ tầng Bình Liêu (T2abl) phân bố ở Ba Chẽ, Bình Liêu, Đông Triều,tổng bề dày 1620-2120m Khoáng sản liên quan có kaolin-pyrophylit-sericit,kiểu nguồn gốc trao đổi nhiệt dịch; vàng, chì-kẽm và sét (VPH), bazan bọt,pyrit, nước khoáng nóng, VLXD

- Hệ tần Nà Khuất (T2nk) phân bố ở khu vực sông Làng Cổng-SôngĐoáng, Ba Chẽ, bề dày >1000m

- Hệ tầng Mẫu Sơn (T3c ms) phân bố diện tích nhỏ ở phía tây bắc tỉnh,tổng bề dày 1.400-1.850 m Khoáng sản liên quan: cát kết dạng quarzit, cátkết thạch anh dạng khối rắn chắc sử dụng làm VLXD

- Hệ tầng Hòn Gai (T3n-rhg) phân bố ở vùng Hòn Gai-Cẩm Phả,Hoành Bồ, đảo Cái Bầu…tổng bề dày 2.300-2.400m Khoáng sản liên quanchủ yếu là than đá với trữ lượng lớn, ngoài ra còn có đá phiến sét chịu lửa, sétgạch ngói

- Hệ tầng Vân Lãng (T3n-r vl) phân bố diện nhỏ ở phía tây tỉnh, bề dày1600-1700m Khoáng sản liên quan có tiền đề chứa than đá như hệ tầng HònGai, song đến nay chưa phát hiện được

- Hệ tần Hà Cối (J1-2hc) phân bố từ Tiên Yên-Vạn Hoa, núi Khe Thai,Khe Cầm, một số đảo, tổng bề dày 1.500-1.900m Khoáng sản liên quan cócát kết xây dựng, than đá, sét gạch ngói

- Hệ tầng Đồng Ho (N1-3đh) phân bố ở vùng Đồng Ho, sông Cái, núiNương Chén với bề dày 150-200m Khoáng sản liên quan chủ yếu là sét (sétgốm sứ, sét gạch ngói, sét xi măng), một số nơi có tập đá phiến sét chứa dầu

- Hệ tầng Tiêu Giao (N2tg) phân bố ở vùng Tiêu Giao, Giếng Đáy, bềdày 120-200m Chưa phát hiện khoáng sản liên quan

- Trầm tích Pleistocen trung-thượng (Q12-3) phân bố diện hẹp ở vùngĐông Triều, Uông Bí…bề dày 2-5m

- Trầm tích Pleistocen thượn (Q13) phân bố diện hẹp ở vùng ĐôngTriều, Uông Bí, Hoành Bồ, Hải Hà, bề dày 2-4m

- Trầm tích Holocen hạ-trung (Q21-2) phân bố ở các thung lũng sông

và thung lũng hẹp giữa núi vùng Đông Triều, Uông Bí, Hà Cối, Ka Long…

- Trầm tích Holocen thượn (Q23) phân bố ở các thung lũng sông, vùngcửa sông, ven biển

- Các trầm tích Đệ tứ không phân chia (Q4) phân bố chủ yếu ở vùngĐông Triều, Uông Bí, Quảng Yên

Cấu trúc - kiến tạo đứt gãy

Vị trí kiến tạo theo A.E Dovjicov (1965), tỉnh Quảng Ninh nằm trongmiền “chuẩn uốn nếp đông Việt Nam”, theo Trần Văn Trị (1977) thuộc miền

cố kết Caledoni

Các khối cấu trúc có thể phân ra 4 khối như sau: Ba Chẽ-Bình Liêu,Yên Hưng, Hoành Bồ-Hải Hà và Cẩm Phả-Cô Tô

Các hệ thống đứt gãy chính

Hệ thống đứt gãy phương đông bắc-tây nam, gồm:

- Đới đứt gãy sâu Đồng Mỏ-Tiên Yên-Móng Cái

- Các đứt gãy Hoành Bồ-Vĩnh Thực, Bãi Cháy-Cẩm Phả

- Đứt gãy thuận Hoành Mô-Na Thiêm-Bắc Lù

- Đứt gãy Bắc Ninh-Đông Triều-Uông Bí

Hệ thống đứt gãy phương tây bắc-đông nam, gồm các đứt gãy sâuthuận và không phân chia, như đứt gãy Hải Hà-Đình Lập

Hệ thống đứt gãy á kinh tuyến, chủ yếu gồm các đứt gãy Khe Mo-Làng

Mo, Làng Giám-Lũng Kỳ Thượng, Khe Lòng-Làng Mo

Liên quan một số hệ thống đứt gãy trên, là sự xuất hiện các điểm nướckhoáng nóng từ Quang Hanh đến Tam Hợp, Khe Lạc, Đồng Long

1.4 Thực trạng áp dụng neo đất trong xây dựng các công trình xây dựng tại Thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh [12,16]

Neo đất hiện nay đang được sử dụng tương đối phổ biến tại nhiều thành phốlớn như Hà Nội hay Thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Nha trang, Đà Lạt ta

có thể kể tới rất nhiều công trình đã sử dụng neo đất trong thi công hầm nhàcao tầng như Vietcombank tower, Keangnam, Gold mark city, Vietin banktower (Hà Nội), Đà lạt center (Đà Lạt), Ánh Dương Soleil (Đà Nẵng),Panorama tower (Nha Trang) Tại Quảng Ninh, neo đất đã được ứng dụngtrong thi công các công trình hầm trong đó nhiều nhất có thể kể tới thi cônghầm mỏ với các thanh neo, bên cạnh đó trong thi công hố đào sâu tại các nhà

máy nhiệt điện Mông Dương 1 và Mông Dương với việc sử dụng cọc khoannhồi D800 mm kết hợp neo đất để thi công trạm bơm nước là mát máy tubinvới chiều sâu đào lên tới hơn gần 15m.

Hình 1.20 Ảnh thi công neo đất công trình nhiệt điện Mông Dương 2

Hiện nay, quá trình đô thị hóa của thành phố Hạ Long đang diễn

ra hàng ngày và phát triển nhanh chóng nhất là khoảng 3 năm gần đây Như ta

đã biết, Thành phố Hạ Long là thành phố biển, là thành phố du lịch, năngđộng đặt ra những yêu cầu cấp bách về xây dựng các công trình ngầm phục

vụ cho các công trình giao thông, thủy lợi, các công trình xây dựng dân dụng

và công nghiệp, hầm kho chứa vật liệu, nông sản, các công trình hầm phục vụphát triển du lịch, hầm mỏ

a Công trình ngầm trong giao thông: Với những công trình giao thôngvượt ngầm tại các nút giao thông của thành phố, hay các tuyến hầm chui, tuỳ

thuộc quy mô và những vị trí công trình đặt tại các khu vực địa tầng nào củathành phố mà có những giải pháp thiết kế và thi công riêng Thông thườngcác tuyến hầm ngầm dưới đất được xây dựng với kết cấu bê tông cốt thép chịulực, trong qua trình thi công đào đất làm móng và dựng vách tường thì người

ta sử dụng biện pháp thi công đóng cừ thép hoặc thi công tường cọc có sửdụng neo tạm thời để đào đất và thi công phần móng và kết cấu vách tườnghầm, chống chuyển vị và sạt lở đất ảnh hưởng đến công trình lân cân Ngoài

ra ta còn có thể ứng dụng neo trong ổn định sườn dốc, chống sạt trượt và ổnđịnh tổng thể

b Công trình hầm ngầm xuyên núi: Các công trình hầm xuyên núi cóđặc điểm như sau sau khi kết thúc quá trình khoan lòng núi từng đoạn tiếnhàng lắp đặt các tấm ván khuôn bằng thép định hình sẵn sau đó gia cường cốtthép và tiến phun vữa tạo nên kết cấu vỏ hầm, tùy từng địa hình núi đá có thểkhoan cấy thanh neo để gia cố kết cấu vỏ hầm

c Công trình ngầm trong xây dựng dân dụng và công nghiệp: Với cáccông trình nhà cao tầng được xây dựng tại thành phố Hạ Long hiện nay, khixây dựng thì người ta thường thiết kế có từ 1 đến 2 tầng hầm cho những mụcđích sử khai thác dụng khác nhau Như để xe, kho chứa hàng hóa, nhà hàng

ăn uống… Những công trình tầng hầm thường được xây dựng với dạng kếtcấu vách tường bê tông cốt thép chịu lực thường là tường bê tông cốt thépđược đặt trên hệ móng cọc và khi thi công có sử dụng cừ larsen hoặc tườngcọc bê tông cốt thép kết hợp với chống đỡ bằng neo hoặc bằng hệ thanhchống

Hình 1.21 Thi công 2 tầng hầm tại công trình Lideco Quảng Ninh

Hình 1.22 Thi công 2 tầng hầm tại công trình Ha Long dragon bay

Ngoài những công trình ngầm phục vụ cho các công trình xây dựng, cáccông trình giao thông, còn có các dạng công trình ngầm phục vụ cho công táckhai thác mỏ, công trình hầm xuyên núi sử dụng neo hay các công trình ngầmphục cho công tác thoát nước đô thị

Với các tài liệu báo cáo khảo sát địa chất, địa chất thủy văn cũng nhưviệc nghiên cứu đánh giá khả năng chịu tải của nền đất tại thành phố Hạ Longtồn tại những lớp đất tương đối tốt và tốt ở không quá sâu, tạo điều kiện thuậnlợi cho việc đặt bầu neo trong các lớp đất này phát huy được sức kháng ma sátgiữa bầu neo và nền đất từ đó cho phép ta hoàn toàn có thể ứng dụng thicông tường chắn đất kết hợp thanh neo trong xây dựng các công trình ngầm

Với giải pháp này, sẽ cho phép chúng ta đẩy nhanh được tốc độ thi công hầm

do không gian thi công hoàn toàn mở, công trường luôn đảm bảo yêu cầu về

vệ sinh, sạch sẽ Hơn nữa với việc thiết kế này giúp phân bố hợp lý mô men

và lực cắt trong tường chắn do vậy sẽ có xu hướng tiết kiệm và góp phầngiảm giá thành chi phí xây dựng công trình Trong khi đó với việc kiểm soátchặt chẽ lực căng trong neo cũng chư chuyển vị của hố đào sẽ làm tăng hệ số

an toàn trong thi công phần hầm

Chương 2 Cơ sở lý thuyết tính toán neo đất

2.1 Các khái niệm về áp lực đất lên tường chắn [11]

Đất là loại vật liệu có trạng thái xốp rời hoặc mềm dính - đất có thể dùng làm nềncông trình, làm nguyên vật liệu xây dựng, làm môi trường để xây dựng các côngtrình trong đó có neo để gia cố móng cho các công trình đó

Do vậy, khi tính toán nền móng của công trình hoặc tính neo thì cần nghiên cứunhững đặc trưng cơ lý của đất thông qua thí nghiệm, chỉ tiêu tính toán sức chịu tải,

độ ổn định

- Tính chất đặc trưng cơ bản của đất là sự sắp xếp độ rỗng, độ chứa nước và

độ thấm nước

Độ ẩm là thước đo độ sệt của đất, chủ yếu là đất dính

Tính dẻo Id được dùng làm tiêu chuẩn phân loại các loại đất

Khi tính toán neo người ta còn cần quan tâm đến một chỉ tiêu khác, đó là độnén chặt của đất Neo trong đất có quan hệ rất nhiều đến lớp đất lấp hố neo

Vì vậy, hệ số nén chặt có ý nghĩa rất quan trọng đến sức chịu tải của neo

(2-1)

- khối lượng thể tích khô của đất đầm nén

- khối lượng thể tích khô (lớn nhất) với công đầm nén tiêu chuẩn

Khả năng đầm chặt đất phụ thuộc vào loại đất dính, đất khô, đất rời

Bởi vậy sự làm việc của bầu neo trong đất rời và đất dính là khác nhau, ảnhhưởng đến việc lựa chọn hình dạng neo khi chế tạo trong các môi trường đất khácnhau

Yếu tố tác động nhiều nhất tới sự làm việc của neo, mà ở đây là sức chịu tảicủa neo là độ bền kháng cắt của đất nền

Độ bền kháng cắt biểu thị khả năng chống trượt

Khi lực tác dụng đạt tới 1 trị số giới hạn nào đó, liên kết giữa các phân tử trong khốiđất bị phá phá hoại làm chúng bị trượt lên nhau Giữa độ bền và sự phá hoại có mốiquan hệ chặt chẽ với nhau:

(2-2)

Hoặc tang khác  khi góc trượt nhỏ

Khi hạn chế nở hông và cắt theo mặt phẳng trên đó đất ở trạng thái cân bằnggiới hạn, nghĩa là ứng suất tiếp đạt tới trị số giới hạn  đồng thời xuất hiện cường

độ chống cắt (độ bền không cắt) của đất có giá trị bằng 

Hình 2.1 Hộp thí nghiệm cắt đắt

Ngoài ra theo Maxlop độ lèn của đất phụ thuộc vào độ ẩm của đất

Cd = lún dính kết không thoát nước

Lúc đó góc ma sát trong ở điều kiện không thoát nước biểu kiến

Giữa góc ma sát trong và - sóc ma sát của đất có quan hệ

Độ ẩm ảnh hưởng rõ rệt đến độ bền kháng cắt của đất Ngoài ra độ bền còn bị ảnhhưởng bởi tính chất cấu trúc của đất (Hình 2-2)

Hình 2.2 Hiệu chỉnh sức khắng cắt khí không thoát nước

Cường độ chịu cắt của đất với khả năng chịu lực của thanh neo

Cường độ chịu cắt của đất

Hình 2.3 Neo trụ tròn đơn giản Hình 2.4 Nguyên lý chịu lực của thanh

Các đường kính của lỗ khoan và bầu neo là như nhau;

Phá hoại xảy ra theo kiểu trượt tại giao diện đất/đá với vữa (lỗ khoan nhẵn)hoặc theo kiểu cắt sát bên giao diện đất/đá với vữa trong môi trường, yếuhơn (lỗ khoan không nhẵn);

Không có sự không liên tục nào hoặc các mặt phẳng vốn dĩ bị yếu nào có thểgây ra phá hoại;

Không có sự không dính bám cục bộ nào (bị tách) tại giao diện đất/đá vớivữa

Khả năng chịu lực của thanh neo bơm vữa bình thường (tức lực chống nhổ, áp lựcpha 0,3 - 0,5 Mpa) có liên quan với đường kính lỗ khoan, độ dài và cường độ chịucắt của đất, thể hiện bằng công thức sau đây:

(2-5)Trong đó:

T - khả năng chịu lực của thanh neo (lực trục) (kN);

Lm - độ dài đoạn neo giữ (m);

D - đường kính lỗ neo (min);

 - cường độ chịu cắt của đất (Mpa)

Từ công thức có thể thấy, khả năng chịu lực của thanh neo là hàm số của độ dàiđoạn neo giữ và cường độ chịu cắt của đất Trong thiết kế, khả năng chịu lực củathanh neo đã có yêu cầu, chỉ cần có cường độ chịu cắt của đất là có thể tính ra được

độ dài của thanh neo, vì thế, cường độ chịu cắt của đất là một khâu quan trọng

Cường độ chịu cắt của đất qua đo thử nghiệm.

Trong 25 công trình thanh neo ở vùng Bắc Kinh, chọn ra các tầng đất khác nhaucủa cả công trình, thông qua thử nghiệm neo, chủ yếu là thử nghiệm phá huỷ lựcchịu nhổ và chuyển dịch, từ đó chọn ra 14 loại lớp đất có tính đại diện, nêu ra cường

độ chịu cắt bình quân của chúng dùng để tham khảo khi thiết kế thanh neo xembảng 3 phụ lục

Dùng phương pháp tính toán tìm cường độ chịu cắt của đất

Ở nơi không làm thử nghiệm cường độ chịu cắt của đất, khi áp trị số cường độ chịucắt của đất tích luỹ theo kinh nghiệm mà không phù hợp thì có thể dùng phươngpháp tính toán để tìm cường độ chịu cắt của đất

Định luật Coulomb về cường độ chịu cắt

Thực nghiệm chứng minh: khi phạm vi biến đổi của ứng suất pháp không lớn, quan

hệ giữa cường độ chịu cắt với ứng suất pháp là một đường thẳng gần đúng, đâychính là định luật Coulomb về cường độ chịu cắt, thể hiện bằng công thức:

Với đất cát :  = tg

Với đất tính sét :  = tg + c

Hình đó:

 - cường độ chịu cắt của đất (Mpa);

 - ứng suất pháp tác động trên mặt lực cắt (Mpa);

 - góc ma sát trong của đất (o);

c - lực dính của đất (kPa hoặc Mpa)

Công thức cường độ chịu cắt của đất thường dùng trong tính toán

Thanh neo chôn ở trong đất, ứng suất do trọng lượng bản thân h của đất lấp ở bêntrên thanh neo chính là ứng suất pháp, đưa vào một hệ số thì cường độ chịu cắt củađất biểu thị bằng công thức sau đây:

lực đất tĩnh tác động trên mỗi mét đài tường chắn đất biểu thị bằng Eo (kN/m),cường độ áp lực đất tĩnh biểu thị bằng po (kPa).

Khi vật chắn chuyển vị thì lăng thể đất sau lưng tường sẽ giãn ra và áp lực đất tácdụng giảm đi Khi thể đất ở sau tường đạt đến giới hạn cân bằng, đồng thời xuấthiện mặt trượt liên tục làm cho thể đất bị trượt xuống, khi đó áp lực đất giảm đếngiá trị nhỏ nhất Lúc này gọi là áp lực chủ động Ea

Khi tường chắn đất dưới tác dụng của ngoại lực di động theo chiều đất lấp, khi đó

áp lực đất tác động vào tường sẽ từ áp lực đất tĩnh mà tăng dần lên, liên tục cho đếnkhi thể đất đạt giới hạn cân bằng, đồng thời xuất hiện mặt trượt liên tục, thể đất ởphía sau tường bị chèn đẩy lên Khi đó, áp lực đất tăng tới trị số lớn nhất, gọi là áplực đất bị động, ký hiệu là Ep với Pp (kPa)

Hình 2.5 Quan hệ giữa áp lực và biến dạng

Và Terdaghi đã đưa ra quan hệ giữa áp lực và chuyển vị của vật chắn (Hình 2.5) Khi tường chuyển vị ra phía ngực áp lực đất giảm xuống đến Ea

Khi tường chuyển vị về phía lưng thì áp lực đất tăng lên đến Ep

Khi tường đứng nguyên thì áp lực có trị số trung gian giữa áp lực chủ động và bịđộng Trị số đó là E0.

Như vậy trong ba loại áp lực đất thì áp lực đất bị động lớn hơn áp lực đất tĩnh, và áplực đất chủ động là nhỏ nhất Từ phân tích lý luận và thử nghiệm cho thấy, chuyển

vị cần thiết khi phía sau tường chắn đất đạt đến áp lực bị động lớn hơn rất nhiều áplực chủ động

Hình 2-5 cho ta thấy trạng thái ứng suất chủ động và bị động

Tính áp lực tĩnh

Áp lực đất tĩnh có thể tính theo công thức sau:

(2-6)Trong đó:

Po - cường độ áp lực đất tĩnh tại điểm tính toán (kPa)

i - trọng lượng đơn vị của tầng đất thứ i bên trên điểm tính toán (kN/m3)

hi - độ dày tầng đất thứ i bên trên điểm tính toán (m)

q – tải trọng phân bố đều trên mặt đất (kPa)

Ko - hệ số áp lực đất tĩnh của đất ở tại điểm tính toán

Hệ số áp lực đất tĩnh Ko xác định bằng thí nghiệm:

Lần đầu tiên vào những năm 40 Jaky đưa ra, sau đó thí nghiệm của Bishop v.v chứng thực, với đất cố kết bình thường có thể lấy gần đúng là:

(2-7)Trong đó:

’ - góc ma sát trong hữu hiệu của đất, xác định bằng thí nghiệm đo áp lựcnước lỗ rỗng cắt không thoát nước cắt chậm hoặc cố kết 3 trục

Với đất siêu cố kết có thể lấy:

(2-8)OCR - hệ số siêu cố kết của đất

Khi không có tài liệu thí nghiệm, có thể tham khảo ở các bảng 8, 9 phụ lục

Đối với công trình đô thị hoặc khi có yêu cầu khắt khe của công trình xây dựng ởxung quanh đối với chuyển vị của kết cấu chắn đất và của nền có thể tính theo áplực đất tĩnh

Lý thuyết áp lực đất Rankine

Nguyên lý cơ bản của lý thuyết áp lực đất Rankine

Như hình 46 cho thấy, nếu trong thể đất bán vô hạn lấy một mặt cắt thẳng đứng, ở

độ sâu z của mặt AB lấy một phân tố nhỏ, ứng suất hướng pháp tuyến là z = z;

Ứng suất 01 ở điểm này không tiếp xúc với đường bao cường độ chịu đất Khi zkhông đổi, x giảm nhỏ dần, vòng tròn ứng suất O2 tiếp xúc với đường bao cường

độ, thể đất đạt đến cân bằng giới hạn, z và x lần lượt là ứng suất chính lớn nhất

và nhỏ nhất, khi đó ta có trạng thái chủ động Rankine, trong thể đất hai tổ mặt trượtlàm thành góc kẹp 45° + /2 với mặt phẳng nằm ngang

Khi x không đổi, x tăng lớn dần, vòng tròn ứng suất O3 cũng tiếp xúc với đườngbao cường độ, thể đất đạt đến cân bằng giới hạn Khi đó z là ứng suất chính nhỏnhất còn x là ứng suất chính lớn nhất, trong thể đất, hai tổ mặt trượt làm thành góc45° - /2 với mặt phẳng nằm ngang, khi đó ta có trạng thái bị động Rankine