ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH MSHEET TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH DẠNG TƯỜNG CỌC Giới thiệu phần mềm MSheet Hiện nay xây dựng cơ bản đang phát triển với tốc độ rất nhanh với rất nhiều công trình đã và đang được xây dựng. Cọc cừ được sử dụng rất phổ biến trong xây dựng: trong các công trình thủy công như công trình bến dạng tường cừ, đê chắn sóng dạng tường cừ, tường chắn đất dạng tường cừ; trong xây dựng dân dụng: cừ vây ô phục vụ thi công hố móng, thi công mố trụ cầu. Vì vậy cần thiết phải nghiên cứu ứng dụng tính toán tự động kết cấu công trình dạng tường cừ.
Mục đích
Nghiên cứu, giới thiệu chương trình MSheet và đưa ra giải pháp áp tính toán công trình dạng tường cọc trong thực tế
3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Trình bày một cách tổng quan về các dạng công trình kết cấu dạng tường cọc, cơ sở lý thuyết chung của phần mềm MSheet, ứng dụng của phần mềm trong tính toán công trình kết cấu dạng tường cọc
Phương pháp nghiên cứu: kết hợp lý thuyết và ứng dụng của chương trình MSheet so sánh kết quả bằng phần mềm và thủ công
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài sau khi hoàn thành sẽ trở thành nền tảng cho công tác giáo dục, tư vấn thiết kế, giúp tính toán chính xác các công trình có cấu trúc dạng tường cọc, đảm bảo an toàn và hiệu quả sử dụng.
Tổng quan về đề tài
1.1 Tổng quan về công trình sử dụng kết cấu dạng tường cọc
Công trình dạng tường cọc là loại kết cấu bao gồm nhiều cọc riêng lẻ đóng sát nhau sâu vào trong đất, ổn định của nó là nhờ phần cọc đóng vào trong đất và hệ thống neo giữ của tường mặt
1.1.2.1 Theo trạng thái làm việc:
Tường cừ được phân thành cừ tự do, cừ không neo và có neo;
2 T-ờng mặt 3a Tầng lọc ng-ợc 3c Cát (đất lấp sau t-ờng) 3b Khối đá giảm tải
Hình 1-1 Cấu tạo công trình bến tường cọc không neo
Hình 1-2 Công trình bến một tầng neo
1.1.2.2 Theo vật liệu làm cừ
Có thể phân làm ba loại chính:
1) Kết cấu tường cừ gỗ:
Sử dụng gỗ làm bến tường cừ đặc biệt là cừ không neo phổ biến tại những vùng có nhiều gỗ, nước không có hà và môi trường xâm thực ít Việc ngập hoàn toàn trong nước giúp tăng tuổi thọ của gỗ Loại bến này phù hợp với chiều sâu nhỏ không vượt quá 3 mét.
2) Kết cấu tường cừ thép:
Có ưu điểm tăng chiều cao của bến do sức chịu vật liệu cao nhất là cừ có neo, tầng neo càng nhiều càng giảm chiều sâu đóng cọc Tiết dạng cừ nhiều dạng: cừ phẳng, chữ Z, chữ T, chữ I Một ưu điểm nữa là cọc cừ cứngvà dài nên đóng được vào nhiều loại đất Liên kết giữa các cọc cừ là khóa thép nên ngăn giữ đất lấp sau tường rất tốt
Nhược điểm của cừ thép là dễ bị ăn mòn do nước biển cho nên phải bảo vệ bằng cách sơn quét nhựa đường và các miếng kẽm chịu ăn mòn thay cho cọc ván thép Loại này tốn nhiều thép cho nên giá thành thường cao
Chiều dài cừ thép trong khoảng (1230)m, vì vậy cừ thép được ứng dụng nhiều cho các loại bến dọc bờ có chiều sâu trước bến (1012)m
Hình 1-5 Liên kết cọc ván thép
3)Kết cấu tường cừ BTCT:
So với cừ thép cừ bê tông cốt thép chống tác động ăn mòn của nước biển tốt hơn song chiều sâu trước bến có phần giảm Trong trường hợp làm bằng cọc bê tông cốt thép ứng suất trước thì tiết kiệm được vật liệu và còn đóng được cả vào đất cứng Đối với nước ta sử dụng loại công trình này còn cho phép sử dụng được nguồn vật liệu địa phương Với tường bến cao 10m thì cọc có thể dài 25m dày 0,5m nặng tới 15 tấn Vì cọc dài và nặng nên thi công khó đảm bảo chất lượng, khó đóng sít, để ngăn đất lấp sau tường trôi ra ngoài cần phải dùng biện pháp hàn bít đặc biệt đó là vấn đề khó khăn trong thi công
Hình 1-6 Cừ BTCT dự ứng lực 1.2 Tình hình nghiên cứu tính toán và ứng dụng kết cấu tường cọc
Ngày nay trong lĩnh vực xây dựng, kết cấu dạng tường cọc được sử dụng ngày càng phổ biến Từ các công trình thủy công như cảng, bờ kè, cầu tàu, đê chắn sóng, công trình cải tạo dòng chảy, công trình cầu, đường hầm đến các công trình dân dụng như bãi đậu xe ngầm, tầng hầm nhà nhiều tầng, nhà công nghiệp, công trình tạm
Việc nghiên cứu tính toán kết cấu công trình dạng tường cọc đã được thực hiện và phát triển khá lâu, kết cấu tường cọc từ trước tới nay lần lượt được tính toán theo:
- Trạng thái ứng suất cho phép;
- Lý thuyết độ tin cậy;
Trong phạm vi đề tài chủ yếu trình bày về phần tính toán giải cừ
Dưới đây là một số hình ảnh các công trình sử dụng dạng kết cấu tường cọc:
Hình 1-7 Cọc ván thép áp dụng ở cảng nước sâu New Zealand
Hình 1-8 Thi cống đóng cọc ván thép tại Cảng Tam Hiệp – Quảng Nam
Hình 1-9 Sử dụng cừ vây phục vụ thi công mố trụ cầu
Hình 1-10 Sử dụng cọc cừ chống vách hố đào
Hình 1-11 Ứng dụng cọc ván thép trong thi công top down
Hình 1-12 Kết cấu đê biển dạng tường vây ô
Tổng quan về chương trình MSheet và các ứng dụng
2.1 Tổng quan về chương trình
Phần mềm MSHEET là một phần mềm nằm trong bộ phần mềm GEODELF của Hà Lan,do Trường Đại học Công nghệ Delf, được hoàn xây dựng từ năm 1990 Là một phần mềm chuyên dụng, Msheet cho phép tính toán các bài toán tường cọc một cách chính xác theo các giai đoạn thi công trong thực tế
2.2 Những nguyên tắc cơ bản của chương trình[3]
Ứng dụng chương trình tính toán tường cọc trong các công trình như: công trình bến tường cừ, cừ vây hố móng, đường hầm, mố trụ cầu đóng vai trò quan trọng.
Chương trình cho phép tính toán chính xác các bài toán liên quan đến kết cấu tường cọc, bao gồm: xác định chiều sâu tường cọc theo yêu cầu, thiết kế chiều dài neo, kiểm tra khả năng chịu tải và ổn định của neo, đồng thời đảm bảo sự ổn định tổng thể cho công trình.
2.2.2 Các mô hình được mô phỏng trong MSheet
Module tiêu chuẩn của chương trình MSheet có thể tính toán các bài toán sau: thiết kế tường chắn đất, từ cừ, và tính cừ đơn Các dạng phần từ của chương trình như sau:
Hình 2-1 Các phần tử trong MSheet
2.2.2.1 Phần tử Sheet piling (tường cọc)
MSheet mô phỏng tường cọc như phần tử dầm trên nền đàn hồi Với các đặc trưng:
- Độ cứng của cọc cừ: độ cứng chống uốn
- Tính phi tuyến hình học của cừ kể đến lực nén gây ra mô men uốn cho phần tử 2.2.2.2 Phần tử neo và thanh chống
- Thanh neo được đặc trưng bởi: hướng, độ cứng đàn hồi, điều kiện ứng suất ban đầu trong thanh và khả năng chịu tải do sức kháng của đất nền Có thể kể đến sự nén trước
- Thanh chống: đặc trưng bởi: độ cứng đàn hồi, điều kiện ứng suất ban đầu trong thanh, lực uốn dọc Có thể kể đến sự kéo trước
Các lớp đất được định nghĩa có thể là lớp đất bằng phẳng hoặc lớp đất không bằng phẳng (nghiêng) Chương trình mô hình hóa các lớp đất thành hệ lò xo tạo thành nền đàn hồi
Hình 2-2 Đường quan hệ ứng suất và chuyển vị của đất
2.2.2.4 Tải trọng và gối tựa
Chương trình cung cấp các loại tải trọng sau:
- Áp lực thủy tĩnh và áp lực nước lỗ rỗng
- Lực phân bố, lực tập trung có phương vuông góc và song song với tường
- Tải bề mặt: tải trọng trên bề mặt công trình dạng tải phân bố
- Gối tựa: gối cứng và gối đàn hồi, cho phép khai báo trước hcuyeenr vị ngang trên đỉnh tường
2.3.1.1 Tạo project, lựa chọn mô hình tính toán:
- Sheet piling: cho tường cọc;
2.3.1.2 Khai báo lực chọn mô hình lớp đất phục vụ cho tính toán áp lực đất:
- Theo Culman (Ka, Ko, Kp): cho phép tính toán cho trường hợp mặt đất không nằm ngang
- C, phi, delta: các hệ số áp lực đất không đổi theo lớp đất và không áp dụng được cho trường hợp mặt đất nghiêng
- Mixed: kết hợp, dùng cho trường hợp có nhiều pha thi công
Hình 2-3 Khai báo mô hình trong bước tạo Project
2.3.2 Khai báo các t hông số đầu vào và xây dựng mô hình
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Đề tài hoàn thành sẽ là cơ sở cho công tác giáo dục, tư vấn thiết kế nhằm tính toán các công trình có kết cấu dạng tường cọc.
Tổng quan về đề tài
Tổng quan về công trình sử dụng kết cấu dạng tường cọc
Công trình tường cọc là hệ kết cấu gồm các cọc riêng biệt đóng sát nhau, cắm sâu vào đất, đảm bảo sự ổn định thông qua phần cọc đóng xuống đất và hệ thống neo giữ của tường mặt.
1.1.2.1 Theo trạng thái làm việc:
Tường cừ được phân thành cừ tự do, cừ không neo và có neo;
2 T-ờng mặt 3a Tầng lọc ng-ợc 3c Cát (đất lấp sau t-ờng) 3b Khối đá giảm tải
Hình 1-1 Cấu tạo công trình bến tường cọc không neo
Hình 1-2 Công trình bến một tầng neo
1.1.2.2 Theo vật liệu làm cừ
Có thể phân làm ba loại chính:
1) Kết cấu tường cừ gỗ:
Thường được sử dụng ở những địa phương có nhiều gỗ, ở vùng nước không có hà, môi trường xâm thực ít Gỗ ngập hoàn toàn trong nước sẽ tăng tuổi thọ, do đó có thể dùng gỗ làm các bến tường cừ đặc biệt là tường cừ không neo Các loại bến này thích hợp với chiều sâu nhỏ không lớn hơn 3m
2) Kết cấu tường cừ thép:
Có ưu điểm tăng chiều cao của bến do sức chịu vật liệu cao nhất là cừ có neo, tầng neo càng nhiều càng giảm chiều sâu đóng cọc Tiết dạng cừ nhiều dạng: cừ phẳng, chữ Z, chữ T, chữ I Một ưu điểm nữa là cọc cừ cứngvà dài nên đóng được vào nhiều loại đất Liên kết giữa các cọc cừ là khóa thép nên ngăn giữ đất lấp sau tường rất tốt
Nhược điểm của cừ thép là dễ bị ăn mòn do nước biển cho nên phải bảo vệ bằng cách sơn quét nhựa đường và các miếng kẽm chịu ăn mòn thay cho cọc ván thép Loại này tốn nhiều thép cho nên giá thành thường cao
Chiều dài cừ thép trong khoảng (1230)m, vì vậy cừ thép được ứng dụng nhiều cho các loại bến dọc bờ có chiều sâu trước bến (1012)m
Hình 1-5 Liên kết cọc ván thép
3)Kết cấu tường cừ BTCT:
So với cừ thép cừ bê tông cốt thép chống tác động ăn mòn của nước biển tốt hơn song chiều sâu trước bến có phần giảm Trong trường hợp làm bằng cọc bê tông cốt thép ứng suất trước thì tiết kiệm được vật liệu và còn đóng được cả vào đất cứng Đối với nước ta sử dụng loại công trình này còn cho phép sử dụng được nguồn vật liệu địa phương Với tường bến cao 10m thì cọc có thể dài 25m dày 0,5m nặng tới 15 tấn Vì cọc dài và nặng nên thi công khó đảm bảo chất lượng, khó đóng sít, để ngăn đất lấp sau tường trôi ra ngoài cần phải dùng biện pháp hàn bít đặc biệt đó là vấn đề khó khăn trong thi công
Tình hình nghiên cứu tính toán và ứng dụng kết cấu tường cọc
Ngày nay trong lĩnh vực xây dựng, kết cấu dạng tường cọc được sử dụng ngày càng phổ biến Từ các công trình thủy công như cảng, bờ kè, cầu tàu, đê chắn sóng, công trình cải tạo dòng chảy, công trình cầu, đường hầm đến các công trình dân dụng như bãi đậu xe ngầm, tầng hầm nhà nhiều tầng, nhà công nghiệp, công trình tạm
Việc nghiên cứu tính toán kết cấu công trình dạng tường cọc đã được thực hiện và phát triển khá lâu, kết cấu tường cọc từ trước tới nay lần lượt được tính toán theo:
- Trạng thái ứng suất cho phép;
- Lý thuyết độ tin cậy;
Trong phạm vi đề tài chủ yếu trình bày về phần tính toán giải cừ
Dưới đây là một số hình ảnh các công trình sử dụng dạng kết cấu tường cọc:
Hình 1-7 Cọc ván thép áp dụng ở cảng nước sâu New Zealand
Hình 1-8 Thi cống đóng cọc ván thép tại Cảng Tam Hiệp – Quảng Nam
Hình 1-9 Sử dụng cừ vây phục vụ thi công mố trụ cầu
Hình 1-10 Sử dụng cọc cừ chống vách hố đào
Hình 1-11 Ứng dụng cọc ván thép trong thi công top down
Hình 1-12 Kết cấu đê biển dạng tường vây ô.
Tổng quan về chương trình MSheet và các ứng dụng
Tổng quan về chương trình
Phần mềm MSHEET là một phần mềm nằm trong bộ phần mềm GEODELF của Hà Lan,do Trường Đại học Công nghệ Delf, được hoàn xây dựng từ năm 1990 Là một phần mềm chuyên dụng, Msheet cho phép tính toán các bài toán tường cọc một cách chính xác theo các giai đoạn thi công trong thực tế.
Những nguyên tắc cơ bản của chương trình[3]
2.2.1 Khả năng áp dụng Ứng dụng chương trình tính toán tường cọc trong các công trình như: công trình bến tường cừ, cừ vây hố móng, đường hầm, mố trụ cầu
Chương trình cho phép tính toán chính xác các bài toán liên quan đến kết cấu tường cọc như: xác định chiều sâu tường cọc cần thiết, chiều dài neo, kiểm tra khả năng chịu lực và ổn định của neo và kiểm tra ổn định tổng thể của công trình
2.2.2 Các mô hình được mô phỏng trong MSheet
Module tiêu chuẩn của chương trình MSheet có thể tính toán các bài toán sau: thiết kế tường chắn đất, từ cừ, và tính cừ đơn Các dạng phần từ của chương trình như sau:
Hình 2-1 Các phần tử trong MSheet
2.2.2.1 Phần tử Sheet piling (tường cọc)
MSheet mô phỏng tường cọc như phần tử dầm trên nền đàn hồi Với các đặc trưng:
- Độ cứng của cọc cừ: độ cứng chống uốn
- Tính phi tuyến hình học của cừ kể đến lực nén gây ra mô men uốn cho phần tử 2.2.2.2 Phần tử neo và thanh chống
- Thanh neo được đặc trưng bởi: hướng, độ cứng đàn hồi, điều kiện ứng suất ban đầu trong thanh và khả năng chịu tải do sức kháng của đất nền Có thể kể đến sự nén trước
- Thanh chống: đặc trưng bởi: độ cứng đàn hồi, điều kiện ứng suất ban đầu trong thanh, lực uốn dọc Có thể kể đến sự kéo trước
Các lớp đất được định nghĩa có thể là lớp đất bằng phẳng hoặc lớp đất không bằng phẳng (nghiêng) Chương trình mô hình hóa các lớp đất thành hệ lò xo tạo thành nền đàn hồi
Hình 2-2 Đường quan hệ ứng suất và chuyển vị của đất
2.2.2.4 Tải trọng và gối tựa
Chương trình cung cấp các loại tải trọng sau:
- Áp lực thủy tĩnh và áp lực nước lỗ rỗng
- Lực phân bố, lực tập trung có phương vuông góc và song song với tường
- Tải bề mặt: tải trọng trên bề mặt công trình dạng tải phân bố
- Gối tựa: gối cứng và gối đàn hồi, cho phép khai báo trước hcuyeenr vị ngang trên đỉnh tường.
Các bước thực hiện
2.3.1.1 Tạo project, lựa chọn mô hình tính toán:
- Sheet piling: cho tường cọc;
2.3.1.2 Khai báo lực chọn mô hình lớp đất phục vụ cho tính toán áp lực đất:
- Theo Culman (Ka, Ko, Kp): cho phép tính toán cho trường hợp mặt đất không nằm ngang
- C, phi, delta: các hệ số áp lực đất không đổi theo lớp đất và không áp dụng được cho trường hợp mặt đất nghiêng
- Mixed: kết hợp, dùng cho trường hợp có nhiều pha thi công
Hình 2-3 Khai báo mô hình trong bước tạo Project
2.3.2 Khai báo các t hông số đầu vào và xây dựng mô hình
Quá trình khai báo thông số đầu vào và xây dựng mô hình kết hợp giữa việc khai báo thông số thông qua các menu tương ứng và xây dựng mô hình thông qua “Stage composer” bao gồm:
- Khai báo đặc trưng của cừ: cao trình đáy, độ cứng, và bề rộng tính toán
Hình 2-4 Khai báo đặc trưng của cừ
Các đặc trưng đất gồm: khai báo bề mặt đất, chỉ tiêu cơ lý đất (gồm tỷ trọng, độ ẩm, khối lượng riêng, góc ma sát trong, góc ma sát ngoài) và các đặc trưng của lớp đất gồm chiều dày lớp đất và áp lực lỗ rỗng.
Hình 2-5 Khai báo bề mặt đất
Hình 2-6 Khai báo các đặc trưng cơ lý các lớp đất
Hình 2-7 Khai báo các thông số đặc trưng của lớp đất
- Khai báo mực nước, tải trọng, neo
Hình 2-8 Khai báo mực nước
Hình 2-9 Khai báo tải trọng
Hình 2-10 Khai báo các đặc trưng thanh neo
- Khai báo các pha thi công
Hình 2-11 Tạo các pha thi công
Hình 2-12 Khai báo các pha thi công
Hình 2-13 Mô hình được xây dựng xong
2.3.3 Tính toán và xuất kết quả
Hình 2-14 Tính toán kết quả
Hình 2-15 Tính toán chiều dài cừ
Hình 2-16 Biểu đồ mô men, lực cắt, chuyển vị của cừ
Hình 2-17 Biểu đồ ứng suất
- Xuất kết quả tổng hợp “report”
Sử dụng MSheet áp dụng tính toán cho công trình thực tế
Cơ sở lý thuyết tính toán công trình kết cấu dạng tường cọc
3.1.1 Áp lực đất tác dụng lên tường cừ
Phương pháp tính toán áp lực đất dựa theo lý thyết của Coulomb hiện nay được áp dụng rộng rãi Phương pháp giả định khối trượt đất sau tường được giới hạn bởi mặt lưng tường và mặt đi qua chân tường
Tung độ biểu đồ thành phần ngang của áp lực đất chủ động được xác định: ax ( q i tc i tc ) h i a C i ac
= + − (T/m 2 ) qi tc :tải trọng phân bố đều trên bến (T/m 2 ); tc
i : dung trọng đất ở trạng thái độ ẩm tự nhiên có xét đến ảnh hưởng đẩy nổi của nước (T/m 3 ); tc i h i
: áp lực thẳng đứng do trọng lượng bản thân của đất ở độ sâu cần xác định tung độ biểu đồ áp lực đất chủ động; hi :chiều cao của lớp đất thứ i (có cùng đặc trưng cơ lí); ci :lực dính của lớp đất thứ i nằm ở độ sâu cần xác định tung độ áp lực đất chủ động (T/m 2 ); a , ac
: hệ số thành phần nằm ngang của áp lực đất chủ động và lực dính:
:Góc ma sát trong của đất;
Tung độ biểu đồ thành phần ngang áp lực đất bị động được xác định:
P :Hệ số thành phần ngang áp lực đất bị động của đất
PC : Hệ số áp lực đất bị động do lực dính
-19- Trong trường hợp mặt đất nghiêng có thể tính hệ số áp lực đất chủ động, bị động theo công thức sau đây
a α: góc kẹp giữa lưng tường với mặt đất nằm ngang; β: góc nghiên của bề mặt đất đắp so với mặt nằm ngang; δ: góc ma sát giữa hông tường và đất đắp
3.1.2 Nguyên tác chung tính toán cừ không neo
Ta xét cân bằng tổng lực theo phương ngang và tổng mô men với chân cừ theo sơ đồ sau:
Hình 3-1 Sơ đồ giải cừ không neo bằng phương pháp giải tích Để dễ lập các phép toán giải tích người ta chuyển đổ biểu đồ áp lực đất từ sơ đồ a sang sơ đồ b trong đó áp lực đất chủ động tác động vào đoạn AB được thay thế bằng hai lực M0 và H đặt tại điểm B
-20- Giải hai phương tình trên ta tìm được chiều sau chôn cừ Chiều sâu tối thiểu chôn cừ thông thường lấy như sau tmin = (1,1÷1,2) to;
Phương pháp này được áp dụng với đất không đồng nhất, phương pháp được thể hiện theo các bước sau:
- Thay biểu đồ áp lực đất bằng các lực tập trung;
- Xây dựng đa giác lực;
- Xây dựng đa giác dây với đường khép kín là đường thẳng đứng
Hình 3-2 Xây dựng đa giác giây, đa giác lực
- Xác định các đại lượng cần tìm theo các công thức sau
3.1.3 Nguyên tắc tính toán cừ có neo
Việc tính toán cừ có neo theo phương pháp giải tích rất phức tạp vì vậy việc giải cừ có neo chủ yếu sử dụng phương pháp đồ giải
1) Hoàn thiện kết cấu, xác định các kích thước của bến, xác định mặt phẳng tính toán và tải trọng tác dụng lên trên bến.Giả định chiều sâu chôn cọc ta vẽ biểu đồ áp lực đất chủ động, bị động, vẽ biểu đồ áp lực đất tổng hợp
Hình 3-3 Tính toán công trình bền tường góc một tầng neo
2) Chia biểu đồ áp lực đất tổng hợp thành những đoạn có chiều cao mỗi đoạn (0,51,0)m Thay áp lực đất phân bố tác dụng lên tường ở từng đoạn thành những lực tập trung
3) Vẽ đa giác lực: Tương tự như đa giác lực trong tính toán tường cọc không neo, chỉ khác tia đầu tiên không vẽ vuông góc với mặt đất mà nên vẽ nghiêng o o 1
4) Vẽ đa giác dây: Tia đầu tiên vẽ từ mặt đất gặp cao trình gắn neo kéo dài tại A Các tia còn lại vẽ tương tự như tường cọc không neo Điều kiện khép kín của đa giác dây:
- Khi tính toán tường mềm: tia khép kín của đa giác dây vẽ qua giao điểm của đường phân giác neo với tia đầu tiên cắt tia cuối cùng ứng với cao trình giả định chiều sâu chôn cọc to sao cho mô men uốn ở nhịp và mô men ngoài bằng nhau
Mnh = Mng hoặc Mnh = (1,101,15)Mng
- Khi tính toán tường cứng: tia khép kín của đa giác dây vẽ qua giao điểm của đường phân giác neo và tia đầu tiên (A) tiếp tuyến với đường cong đa giác dây trong tính toán (C)
5) Xác định các giá trị tính toán của tường mặt tường cọc một tầng neo
Xác định mô men lớn nhất tác dụng lên một mét dài tường mặt
6) Tính toán thanh neo a).Xác định đường kính thanh neo
R = là ứng lực trong thanh neo;
Ka – hệ số xét đến sự làm việc không đều của các thanh neo, Ka = (1,31,5);
Ra – phản lực neo được xác định trong đa giác lực (tính với 1 mét dài bến); la – khoảng cách của các thanh neo, la = (1,52,5) b) Xác định chiều dài thanh neo theo phương pháp vẽ
Hình 3-5 Xác định chiều dài thành neo bằng phương pháp vẽ
- Vùng đất A’C’E’ không ổn định;
- Vùng đất nằm dưới C’D’E’F’ ổn định nhưng không phát huy hết khả năng của áp lực đất bị động;
- Vùng đất trên E’F’ ổn định, Eb là lớn nhất.
Tính toán áp dụng cho công trình thực tế
Tính toán áp dụng, kiểm tra cho hạng mục “Cừ sau” - công trình Cầu cảng Công ty Đóng tàu Phà Rừng – Dự án Đầu tư xây dựng Cảng tổng hợp tại Cụm Công nghiệp Đình
Vũ – Hải Phòng do MB thực hiện năm 2008
Cừ sau công trình bến được tính toán theo sơ đồ tính cừ một tầng neo trong đó neo giả định cao trình +3.87 tại vị trí cừ liên kết với cầu tàu
Theo Hồ sơ khảo sát địa chất số 1528/07/KSĐC, địa tầng tại khu vực xây dựng gồm các lớp đất từ trên xuống dưới:
Lớp 1: Cát pha màu xám nâu trạng thái dẻo Lớp có diện phân bố hạn hẹp chỉ gặp tại các lỗ khoan LK1, LK2, LK3 của giai đoạn khảo sát phục vụ lập dự án đầu tư với chiều dày nhỏ, thay đổi từ 1,5m (LK1) đến 3,5m (LK2) Cao độ đáy lớp thay đổi từ - 5,6m(LK3) đến -8,6m(LK2)
Lớp 2: Bùn sét pha màu xám nâu, xám xanh đôi chỗ kẹp cát mịn mỏng Lớp có diện phân bố rộng khắp trong phạm vi khảo sát với chiều dày thay đổi lớn từ 3,0m (LK2, LK4, LK5) đến 15,8m (TK16) Đất được tạo thành trong quá trình lắng đọng trầm tích ven biển nên trong lớp đôi chỗ xen kẹp cát mịn, cát pha trạng thái chảy với chiều dày nhỏ từ 0.4m (TK5) đến 1,5m (TK16) Đây là lớp đất yếu, khả năng chịu tải thấp, tính biến dạng lớn Cao độ đáy lớp thay đổi từ -4.24m (LK8) đến -15,6m (TK18) Giá trị thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) N30 = 0 2 Các chỉ tiêu cơ lý cơ bản: gw = 1,73 T/ m 3 j = 5 o 50’
Lớp 3: Sét màu xám vàng, xám ghi, trạng thái dẻo chảy Lớp có diện phân bố hạn hẹp, chỉ gặp tại các lỗ khoan TK6, TK17, LK4, LK5, LK7, LK8 và LK9 với chiều dày thay đổi rất mạnh từ 2,0m (TK17) đến 18,0m (LK9) Đây là lớp đất yếu, khả năng chịu tải thấp, tính biến dạng lớn Cao độ đáy lớp thay đổi từ -8,64m (LK8) đến -3.35m (LK9) Tại LK9 chiều dày của lớp rất lớn, đây là diễn biến bất thường về địa chất của khu vực nghiên cứu Giá trị thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) N30 = 2 6 Các chỉ tiêu cơ lý cơ bản: gw = 1,76 T/ m 3 j = 6 o 42’
Lớp 4: Sét màu xám vàng, xám nâu, đốm đỏ loang lổ trạng thái dẻo cứng Lớp có diện phân bố khá rộng, gặp ở hầu hết các lỗ khoan có trong phạm vi khảo sát, không xuất hiện tại TK1, TK2, TK4, TK5, LK1, LK2 và LK9 với chiều dày thay đổi lớn từ 2,0m (TK7) đến 12,0m (LK5) Đây là lớp đất có khả năng chịu tải cao, tính biến dạng nhỏ Cao độ đáy lớp thay đổi từ -12,4m (TK12) đến -21,9m (TK18) Giá trị thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) N30 = 10 20 Các chỉ tiêu cơ lý cơ bản: gw = 1,93 T/ m 3 j = 13 o 26’
Lớp 5: Sét màu xám vàng, xám xanh lẫn ít dăm sạn trạng thái dẻo mềm Lớp có diện phân bố rộng khắp khu vực khảo sát, không xuất hiện tại khu vực TK3, TK6, TK18 với chiều dày thay đổi mạnh từ 1,8m (TK12) đến 13,5m (TK1) Đây là lớp đất có khả
-26- năng chịu tải trung bình, tính biến dạng trung bình Cao độ đáy lớp thay đổi từ -14,2m (TK12) đến -31,05m (LK9) Giá trị thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) N30 = 5 15 Các chỉ tiêu cơ lý cơ bản: gw = 1,90 T/ m 3 j = 11 o 20’
Lớp 6: Sét màu xám ghi đôi chỗ kẹp cát mỏng trạng thái dẻo chảy Lớp có diện phân bố hạn hẹp, chỉ xuất hiện tại khu vực các lỗ khoan TK2, TK3, TK6, TK7, TK8 và LK1 với chiều dày thay đổi từ 6,5m (TK6) đến 12,0m (TK3) Đây là lớp đất yếu, khả năng chịu tải thấp, tính biến dạng lớn Cao độ đáy lớp thay đổi từ -26,6m (TK6) đến - 29,4m (TK2) Giá trị thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn N30 = 5 9 Các chỉ tiêu cơ lý cơ bản: gw = 1,84 T/ m 3 j = 7 o 47’
Lớp 7: Sét màu xám ghi, xám trắng trạng thái dẻo cứng Lớp có diện phân bố hạn hẹp, chỉ gặp ở một số lỗ khoan TK12, TK13, TK14, LK6 với chiều dày thay đổi từ 2,0m (TK13) đến 6,5m (LK6) Đây là lớp đất có khả năng chịu tải cao, tính biến dạng nhỏ Cao độ đáy lớp thay đổi từ -17,6m (TK13) đến -21,1m (TK14) Giá trị thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn N30 = 10 13 Các chỉ tiêu cơ lý cơ bản: gw = 1,99 T/ m 3 j = 13 o 34’
Lớp 8: Sét pha màu xám vàng, xám ghi trạng thái dẻo mềm Lớp có diện phân bố khá phổ biến, xuất hiện tại các lỗ khoan TK4, TK5, TK6, TK11, TK12, TK13, TK14, K15, TK16, LK6, LK8 và LK9 với chiều dày thay đổi từ 2,2m (TK14) đến 7,2m (TK4) Đây là lớp đất có khả năng chịu tải trung bình, tính biến dạng nhỏ Cao độ đáy lớp thay đổi từ -22,1m (TK13) đến -35,9m (LK6) Giá trị thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn N30 = 4
11 Các chỉ tiêu cơ lý cơ bản: gw = 2,00 T/ m 3 j = 12 o 09’
Lớp 8b: Cát pha màu vàng trạng thái dẻo Lớp có diện phân bố hạn hẹp, chỉ gặp ở 3 lỗ khoan TK9, TK10 và TK19 với chiều dày thay đổi từ 2,5m (TK9) đến 4,0m (TK19) Đây là lớp đất có khả năng chịu tải cao, tính biến dạng nhỏ Cao độ đáy lớp thay đổi từ - 24,0m (TK9) đến -25,0m (TK10) Giá trị thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn N30 = 6 16 Các chỉ tiêu cơ lý cơ bản: gw = 2,11 T/ m 3 j = 12 o 54’
- Tải trọng khai thác trên bãi trong phạm vi 20 m sau cầu: 2T/m 2 ;
- Tải trọng khai thác khu vực còn lại trên mặt bãi: 6 T/m 2 ;
Giai đoạn thi công gia tải nến trước cố kết lớp đất 2 cao trình mặt bãi là +4.9 m Tải trọng 2 T/m 2
Kết quả tính toán cho ở bảng sau:
- Chiều dài cừ từ 21 m trở lên Tuy nhiên để tiện so sánh với kết quả tính toán của CMB chọn chiều dài cừ là 25,5 m
Bảng 3-1 Kết quả tính toán
2 Gia tải nén trước cố kết lớp 2 50.00 37.19 20.04 18.4
Hình 3-7 Mô hình tính toán trong MSheet
Hình 3-8 Tính toán chiều dài tối ưu giai đoạn khai thác
Hình 3-9 Tính toán chiều dài tối ưu giai đoạn gia tải nén lớp 2
Hình 3-10 Biểu đồ mô men uốn, lực cắt, chuyển vị giai đoạn khai thác
Hình 3-11 Biểu đồ mô men uốn, lực cắt, chuyển vị gia tải nén lớp 2
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Do phạm vi và quy mô nghiên cứu khá rộng và phức tạp, đề tài “Ứng dụng chương trình MSheet tính toán kết cấu công trình dạng tường cọc “ mới chỉ dừng lại ở mức nghiên cứu tổng quát trong một số trường hợp công trình tường cọc có kết cấu điển hình và không quá phức tạp nên không tránh khỏi những khiểm khuyết và những hạn chế nhất định như cần mô tả chính xác hơn mô hình các lớp vật liệu đất đá trong trường hợp chúng phân bố cục bộ, lớp đất không bằng phẳng
Vì yêu cầu thực tế cần thiết trong quá trình giảng dạy cũng như lao động sản xuất, vấn đề đặt ra cần được mở rộng cho hợp trong các trường hợp, điều kiện phức tạp hơn như kết cấu tường có có sử dụng bản giảm tải, khối đá giảm áp phân bố cục bộ, trường hợp sử dụng cừ kép, các lớp địa chất không bằng phẳng để có thể đáp ứng được các như cầu trong công tác tư vấn và giảng dạy
