Giáo trình cơ học kết cấu công trình ngầm 9 potx

NQP-CHCTN 48 Bảng 2.1 Đặc điểm và khả năng áp dụng của neo cơ học và dính kết STT Dấu hiệu Neo đầu nở Neo ma sát Neo chất dẻo cốt thép Neo bê tông cốt thép 1 Độ bền cần thiết của đá cứng mềm ữcứng mềmữcứng mềm/cứng 2 Mức độ nứt nẻ ở vùng quanh neo không có khe nứt nứt nẻ nhiều khe nứt nhỏ khe nứt nhỏ 3 Mức độ thích ứng với công nghệ khoan nổ mìn không tốt tốt tốt 4 Thời gian tác động ngay lập tức ngaylập tức sau 30 giây khoảng 12 tiếng 5 Tạo ứng suất trớc tốt tốt có/không có/không 6 Mức độ thích ứng khi lỗ khoan ẩm tốt/rỉ tốt/dễ bị rỉ tuỳ điều kiện tốt 7 Chức năng làm neo chốt tốt tốt đợc không 8 Chức năng làm neo liên kết khi dính kết toàn thân tốt 9 Sử dụng riêng rẽ đơn lẻ tốt không kinh tế 2.3.2.1 Neo cơ học Neo đầu nở. Neo đầu nở là loại neo có cơ cấu nêm để mở rộng đầu neo tao liên kết với khối đá lên thành phía đáy lỗ khoan. Tùy theo cấu tạo của đầu neo các loại neo đợc phân biệt ra neo nêm chẻ, nêm trợt và cánh xòe. Nêm chẻ: nêm đợc cài vào đầu neo đã xẻ rãnh. Khi đã ấn neo chom đấy lỗ khoan thì đánh mạnh vào đuôi neo. Nêm sẽ đợc đóng vào rãnh, tẽ đầu neo ra và tạo lực lên thành đáy lỗ khoan, giữ chốt thanh neo tại đây khi chịu kéo. Phí miệng lỗ khoan có bản đệm, tiếp đó là ê cu. Vặn ê cu sẽ làm cho bản đệm đợc ghìm chặt vào miệng lỗ khoan hay biên khoảng trống. Nhờ đó thanh neo đợc kéo căng, gây áp lực lên phần đá miệng lỗ khoan và lên thành đáy lỗ khoan. Phần đá nằm trong vùng chịu ảnh hởng sẽ bị nén ép chặt lại. Nêm trợt cánh xòe: Đầu thanh neo có ren, cùng với nêm hình côn có ren trong liên kết cới thanh neo. Khi cắm neo đến đáy lỗ khoan, thanh neo đợc xuay tại đuôi neo, làm cho nêm hình côn đợc kéo sâu về phía lỗ khón và mở rộng các cánh NQP-CHCTN 49 neo áp chặt vào thành đáy lỗ khoan. Các tác dụng kế tiếp tơng tự nh ở neo nêm chẻ. Hình 7.2. Một số dạng neo đầu nở phổ biến. 2 1 3 4 6 5 b a d e f c NQP-CHCTN 50 u điểm: + Gía thành tơng đối rẻ. + Neo phát huy khả năng mang tải ngay sau khi lắp đặt. + Do khi lắp đặt sử dụng biện pháp xoay thanh neo nên tại đầu neo và thân neo tồn tại những lực xoắn và lực kéo tơng ứng nh những lực ứng suất trớc. Khi sử dụng trong đá cứng, neo có khả năng mang tải cao. Nhợc điểm: + Chỉ hạn chế sử dụng trong điều kiện đá có độ cứng trung bình và cứng. + Khó có khả năng lắp đặt chính xác. + Phải kiểm tra và đánh giá sự phù hợp của quá trình kéo thanh neo khi lắp đặt. Neo có thể bị mất khả năng mang tải khi chịu tác động của sóng nổ mìn hoặc khi phần đá áp sát tấm đệm neo bị phá huỷ do lực tác dụng quá lớn. + Chỉ sử dụng làm kết cấu chống tạm trừ khi đợc bảo vệ chống ăn mòn và đợc lấp nhét bằng các chất dính kết. Sơ đồ thi công các loại neo đầu nở Neo ma sát. Có thể coi neo ma sát là loại neo tiên tiến trong lĩnh vực kỹ thuật gia cố khối đá. Hai loại neo ma sát điển hình bao gồm: "neo ống có rãnh hở"- Split set "và "neo ống nở hay neo ống phồng"- Swellex. Đối với cả hai loại neo trên, sức kháng ma sát chống lại hiện tợng trợt đợc sinh ra nhờ áp lực hớng kính tác dụng từ thân neo lên thành lỗ khoan trên suốt chiều dài của neo. Neo ma sát là loại neo duy nhất mà trong đó tải trọng từ khối đá n ờ m Thõn neo Neo nờm ch Neo cỏnh xũe NQP-CHCTN 51 đợc truyền trực tiếp lên thân neo không qua bất kỳ kết cấu trung gian nào khác nh kết cấu khoá cơ học hay chất dính kết nh trong các loại neo cơ học và neo dính kết. Mặc dù ở trên gộp chung cả hai loại neo vào nhóm neo ma sát song giữa chúng vẫn có những sự khác nhau đáng kể. Sự khác nhau đó nằm trong cơ chế liên kết giữa neo với thành lỗ khoan, tính tác động gia cố đối với khối đá của từng loại cũng nh quy trình lắp đặt chúng. Nói một cách chính xác, chỉ có duy nhất loại neo ống chẻ đợc gọi là neo ma sát và vì vậy đôi khi còn gọi là neo ma sát ống chẻ ổn định khối đá. Cơ chế liên kết của neo Swellex bao gồm cả ma sát và khoá cứng. Đối với loại neo Swellex EXL, khi tải trọng tác dụng trong neo đạt tới độ bền kéo cuối cùng của neo thì nó mới bắt đầu trợt. Loại neo này có khả năng chịu những biến dạng lớn mà không có sự phá huỷ neo xảy ra. + Đờng kính lỗ khoan là yếu tố có ảnh hởng quyết định để ngăn chặn sự phá huỷ xảy ra trong quá trình lắp đặt cũng nh tạo ra lực ép giữ lên thành lỗ khoan. Nhờ đặc tính có khả năng chịu những biến dạng lớn mà hai loại neo: Thân neo Tấm đệm thanh neo tấm đệm Hình 7.3. Sơ đồ cấu tạo neo ống có rãnh hở. Hình 7.4 Cấu tạo neo ống phồng Swellex. NQP-CHCTN 52 neo ống chẻ và neo Swellex EXL rất phù hợp để sử dụng trong điều kiện đất đá có tính biến dạng lớn. Phạm vi áp dụng chủ yếu của neo ống chẻ là trong công nghiệp mỏ còn đối với xây dựng dân dụng thì nó rất ít khi đợc sử dụng. Trong khi đó, neo Swellex có thể sử dụng trong tất cả các lĩnh vực, đặc biệt là sử dụng làm kết cấu gia cố trong các đờng hầm dân dụng. Đặc tính của neo Swellex đợc thể hiện trong bảng 2.2 dới đây: Bảng 2.2. Đặc tính kỹ thuật của neo Swellex. Đặc tính kỹ thuật điển hình Neo Swellex EXL/Super Đơn vị Đờng kính ống thép 26/36mm Sức chịu tải cuối cùng của ống thép 110/215kN Biến dạng dọc trục cuối cùng của ống thép 20%/15% Trong lợng neo không kể tấm đệm và bulông 2/4 kg/m Đờng kính lỗ khoan 354/484mm Chiều dài neo Chiều dài bất kỳ u nhợc điểmcủa neo Swellex EXL. Ưu điểm: + Lắp đặt đơn giản. Chỉ cần một giá khoan hoặc một cần khoan là có thể lắp đặt đợc. + Có khả năng mang tải ngay sau khi lắp đặt. + Dễ dàng để sử dụng kết hợp với lới thép. Nhợc điểm: + Giá thành tơng đối cao. + Khó lắp đặt khi neo có chiều dài lớn. + Không thể sử dụng để làm kết cấu chống cần có thời gian tồn tại lớn (kết cấu chống cố định) trừ khi có biện pháp bảo vệ chống ăn mòn. + ống thép dễ bị ăn mòn từ cả bên trong và bên ngoài của ống Neo Swellex đợc đăng ký nhãn hiệu của hãng Atlas Copco AB, Thụy Điển. NQP-CHCTN 53 2.3.2.2 Neo dính kết. Neo dính kết đợc liên kết với khối đá trên thành lỗ khoan bằng vữa xi măng hoặc chất dẻo. Trong thực tế thờng sử dụng hai loại chính là neo bê tông cốt thép và neo chất dẻo cốt thép. Neo bê tông (xi măng) cốt thép. Neo dính kết đã đợc sử dụng rộng rãi trên thế giới từ 50 năm trớc đây trong cả lĩnh vực khai thác mỏ và các ngành xây dựng dân dụng. Hầu hết các loại kết cấu neo dính kết đều bao gồm các thanh thép trơn hoặc thép gân đợc dính kết trên suốt chiều dài của nó. Vật liệu thông thờng sử dụng làm chất dính kết là vữa xi măng. Chúng có thể sử dụng để làm kết cấu chống tạm cũng nh kết cấu chống cố định trong nhiều điều kiện khối đá khác nhau. Loại neo làm từ thép gân thờng đợc sử dụng nhiều nhất để làm vỏ chống cố định, đặc biệt trong các công trình thuộc lĩnh vực xây dựng dân dụng. Đặc tính của neo bê tông cốt thép đợc thể hiện trong bảng 2.3 dới đây: Bảng 2.3 Đặc tính kỹ thuật của neo bê tông cốt thép. Đặc tính kỹ thuật điển hình Đơn vị Chất lợng thép 570N/mm 2 Đờng kính thanh thép 20mm Sức chịu tải cuối cùng 180kN Biến dạng đơn trục cuối cùng 15% Trong lợng neo không kể tấm đệm và bulông 2.6 kg/m Đờng kính lỗ khoan 355mm Chiều dài neo Chiều dài bất kỳ theo yêu cầu u điểm: + Dễ dàng lắp đặt và là một kết cấu gia cố Nhợc điểm: + Do sử dụng vữa xi măng nên neo chỉ có khả năng chịu tải trọng tối đa theo thiết kế sau vài vữa xi măng thanh neo tấm đệm mũ ốc Hình 3.5 Neo dính kết bê tông cốt thép . trực tiếp lên thân neo không qua bất kỳ kết cấu trung gian nào khác nh kết cấu khoá cơ học hay chất dính kết nh trong các loại neo cơ học và neo dính kết. Mặc dù. năng làm neo liên kết khi dính kết toàn thân tốt 9 Sử dụng riêng rẽ đơn lẻ tốt không kinh tế 2.3.2.1 Neo cơ học Neo đầu nở. Neo đầu nở là loại neo có cơ cấu nêm để mở rộng. thép gân đợc dính kết trên suốt chiều dài của nó. Vật liệu thông thờng sử dụng làm chất dính kết là vữa xi măng. Chúng có thể sử dụng để làm kết cấu chống tạm cũng nh kết cấu chống cố định