Tính toán tường trong đất sử dụng panel lắp ghép bê tông ứng lực trước cho tầng hầm nhà cao tầng khu vực hà nội

Tờng trong đất là một loại kết cấu có tác dụng chắn giữ, đảm bảo cho việc thicông hố móng đào sâu đợc an toàn, thuận lợi, nó chịu tác dụng chủ yếu là các tảitrọng ngang nh áp lực đất, áp

Mở đầu

* Tính chất cấp thiết của đề tài:

Do quỹ đất ngày càng hiếm, giá đất ngày càng cao nên hầu hết các thành phố lớntrên thế giới đều có kế hoạch khai thác và sử dụng không gian ngầm đô thị vào cácmục đích khác nhau

Công trình ngầm là một bộ phận không thể thiếu trong hệ thống hạ tầng kỹ thuật

đô thị Tổ chức khai thác không gian ngầm đô thị để hoàn thiện hạ tầng kỹ thuậtngầm và tăng cờng chất lợng cuộc sống cho con ngời là một bài toán cực kỳ quantrọng

Cũng nh các thành phố khác trên thế giới, việc khai thác không gian ngầm là vấn

đề cấp bách đỗi với thành phố Hà Nội Một trong những giải pháp xây dựng côngtrình ngầm trong vùng xây chen và điều kiện nền đất yếu nh khu vực Hà Nội thì giải

pháp t “t ờng trong đất” là khá hợp lý Sử dụng t “t ờng trong đất” để bảo vệ thành vách

không những đảm bảo về mặt kỹ thuật, kinh tế mà còn đảm bảo về môi trờng vàkhông gây ảnh hởng xấu đến công trình lân cận đã xây dựng trớc đó

Tờng trong đất sử dụng bê tông cốt thép toàn khối cần phải thực hiện nhiều thaotác khó khăn Trong đó không phải lúc nào kết cấu tờng cũng đạt đợc chất lợng cao

và các mối nối tin cậy, tốc độ thi công không cao Vì vậy, vấn đề nghiên cứu tính“t

toán tờng trong đất sử dụng panel lắp ghép bê tông ứng lực trớc cho tầng hầm nhà cao tầng khu vực Hà Nội” là cần thiết.

* Mục đích nghiên cứu.

Từ việc nghiên cứu đề tài, tác giả muốn bổ sung, nâng cao kiến thức để làm rõ u

điểm của tờng trong đất sử dụng panel lắp ghép bê tông ứng lực trớc so với tờngtrong đất sử dụng bê tông cốt thép toàn khối Đồng thời, xác định bản chất vànguyên nhân chính gây ra các sự cố, rút ra một số biện pháp giảm thiểu sự cố khi thicông hố đào sâu cho tầng hầm nhà cao tầng trong khu vực Hà Nội sử dụng các tấmpanel bê tông ứng lực trớc (BTƯLT) đúc sẵn

* Đối tợng và phạm vi nghiên cứu:

Nghiên cứu tính toán tờng trong đất sử dụng panel lắp ghép BTƯLT cho tầnghầm nhà cao tầng trong khu vực Hà Nội

* ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:

Công nghệ t “t ờng trong đất ” là giải pháp tiên tiến trong việc xây dựng công trìnhngầm đô thị Với mục đích tăng mức độ công nghiệp hoá xây dựng, việc sử dụngpanel lắp ghép BTƯLT là một bớc phát triển mới trong kỹ thuật xây dựng Sử dụngpanel lắp ghép BTƯLT làm tờng trong đất cho phép giảm khối lợng làm đất, giảmchi phí BTCT, giảm thời gian thi công và giá thành xây dựng

*) Cấu trúc của luận văn:

- Mở đầu

- Chơng I: Tổng quan về tờng trong đất

- Chơng II: Cơ sở tính toán tờng trong đất sử dụng panel lắp ghép bê tông ứnglực trớc

- Chơng III: Tính toán tờng tầng hầm sử dụng panel lắp ghép bê tông ứng lực

tr-ớc

- Kết luận và kiến nghị

Chơng I Tổng quan về tờng trong đất I.1 Tờng trong đất sử dụng panel lắp ghép bê tông ứng lực trớc.

I.1.1 Khái niệm về tờng trong đất

Tờng trong đất là một loại kết cấu có tác dụng chắn giữ, đảm bảo cho việc thicông hố móng đào sâu đợc an toàn, thuận lợi, nó chịu tác dụng chủ yếu là các tảitrọng ngang nh áp lực đất, áp lực nớc, tải trọng thi công Tờng trong đất có khi chỉ

có tác dụng chắn giữ cho công trình bên trong, cũng có khi là một bộ phận kết cấuchính của công trình, tuỳ theo công năng sử dụng và độ sâu của hố móng mà ta lựachọn một trong các loại tờng trong đất sau:

+ Tờng bằng ximăng đất: Là cọc đợc làm từ ximăng trộn với đất, sau khi đóngrắn lại sẽ thành tờng chắn có dạng bản liền khối đạt cờng độ nhất định, dùng choloại hố đào có độ sâu 3-6m;

+ Cọc bản thép: Có mặt cắt chữ U và Z, sau khi hoàn thiện nhiệm vụ chắn giữ, cóthể thu hồi sử dụng lại, dùng cho loại hố móng có độ sâu từ 3 – 10m

+ Cọc bản bê tông cốt thép có mặt cắt chữ U, C … dài 6-20m, dùng cho loại hố dài 6-20m, dùng cho loại hốmóng có độ sâu 3 - 15m; ở nớc ta đã sản xuất bản cọc bằng BTCT ứng suất trớc + Tờng chắn bằng cọc khoan nhồi: Đờng kính 600-1000 mm, cọc dài 15-30m,làm thành tờng chắn theo kiểu hàng cọc, dùng cho loại hố móng có độ sâu 6-13m,

có khi đến 25m

+ Giếng chìm và giếng chìm hơi ép: Trên mặt đất hoặc trong hố đào nông có nền

đợc chuẩn bị đặc biệt, ta làm tờng vây của công trình để hở ở phía trên và phía dới + Tờng liên tục trong đất: Làm bằng bê tông cốt thép, chiều dày của tờng thờng

từ 0,4 – 1,0m, chiều sâu thờng từ 10 – 45m Có thể làm tờng bằng kết cấu tấmBTCT lắp ghép Tờng liên tục trong đất có các u điểm sau:

Thân tờng có độ cứng lớn, do đó, biến dạng của kết cấu và của móng đều rất ít,vừa có thế dùng đợc trong kết cấu chắn giữ siêu sâu, lại có thể dùng trong kết cấulập thể (không gian)

Thích dụng trong các loại điều kiện đất nền khác nhau: Trong các lớp đất cátcuội hoặc khi phải vào tầng nham phong hoá khi cọc bản thép rất khó thi công nhnglại có thể dùng kết cấu tờng liên tục trong đất đợc thi công bằng các loại máy đàothích hợp để đào hào cho tờng

Có thể giảm bớt ảnh hởng xấu đến môi trờng trong thi công công trình Khi thicông chấn động ít, tiếng ồn thấp, ít ảnh hởng đến các công trình xây dựng và đờngống ngầm ở lân cận do dễ khống chế về biến dạng lún và chuyển vị

Có thể thi công theo phơng pháp ngợc có lợi cho việc tăng nhanh tốc độ thi công,hạ thấp giá thành thi công

Do các u điểm trên, kết cấu tờng liên tục trong đất chủ yếu đợc dùng để làm các

đờng ngầm dới đất, tàu điện ngầm đặt nông, đờng ô tô và bãi đậu ô tô ngầm Ngoài

ra, phơng pháp tờng trong đất cũng dùng để làm móng (có chức năng nh cọc – cọcBaret) và làm các tầng hầm của nhà ở và nhà dân dụng đặt sâu dới đất có chức năngcông cộng nh cửa hàng, hiệu ăn, quán cà phê, cũng nh để làm công trình đặt hệthống thiết bị kỹ thuật đô thị làm trạm biến thế, trạm cấp và xử lý nớc, tờngchắn v v Vì vậy, ở trong phạm vi của luận văn này, học viên đi sâu vào tìm hiểu t-ờng liên tục trong đất

I.1.2 Tờng trong đất ứng lực trớc

Tờng trong đất đổ toàn khối thông thờng có khả năng cách nớc không cao Do đổtại chỗ nên khó kiểm soát chất lợng, do đó, trong thời gian gần đây tờng panel lắpghép đợc sử dụng khá rộng rãi trong thực tế, đặc biệt là tờng panel lắp ghép ứng lựctrớc

Tờng trong đất sử dụng panel lắp ghép ứng lực trớc là tờng bê tông cốt thép,trong đó bê tông đợc tạo ra ứng suất trớc để chống lại các vết nứt ở vùng kéo trongpanel dới tác dụng của tải trọng bằng cách sử dụng kết hợp bê tông và cốt thép cờng

độ cao, cốt thép sau khi buông sẽ tạo ra lực nén trong bê tông Panel đợc sản xuấttrong nhà máy phải đảm bảo các yêu cầu theo đúng qui phạm trớc khi chuyển đếncông trờng để tiến hành ép làm tòng trong đất

*) Các phơng pháp gây ứng suất trớc:

- Công nghệ căng trớc:

Công nghệ căng trớc đợc thực hiện bằng biện pháp căng các loại cốt thép cờng

độ cao đặt trong phạm vi khuôn đúc cấu kiện Cốt đã đợc căng phải đợc neo và chốt

2 đầu vào hai mố tuyệt đối cứng theo phơng tác động của lực căng Sau đó tiến hành

đổ bê tông Khi bê tông đạt 80-90% cờng độ chịu nén thiết kế mới đợc cắt hai đầucốt căng khỏi mố neo

Công nghệ căng trớc khi đổ bê tông thờng đợc sử dụng trong các xởng hoặc bãi

đúc các sản phẩm bê tông lắp ghép Sử dụng công nghệ căng trớc trong các công ởng cho phép sản xuất hàng loạt các cấu kiện với chất lợng đợc kiểm soát chặt chẽ.Nếu bê tông đợc chng hấp trong điều kiện nhiệt – ẩm cao thì sau 24 đến 36 giờ bêtông có thể đạt mọi cấp độ bền thiết kế Nhờ ứng dụng công nghệ mới này từ năm

x-2000 đến nay hàng loạt chung c cao tầng và các nhà công nghiệp nhiều tầng, cáccông trình công cộng nh sân vận động, nhà để xe ngầm khẩu độ lớn đã đợc Công ty

Cổ phần bê tông và xây dựng Vinaconex Xuân Mai, sản xuất và lắp dựng với hiệuquả kinh tế, kỹ thuật, năng suất, chất lợng cao

Do kết cấu tờng trong đất dùng panel lắp ghép đợc sản xuất theo công nghệ căngtrớc nên ở luận văn này chỉ đi sâu vào công nghệ căng trớc

Tuỳ thuộc vào thể loại kết cấu, loại cốt thép và phơng pháp thi công trong côngnghệ căng sau còn đợc phân biệt nh sau:

+) Phơng pháp căng ngoài kết cấu:

+) Phơng pháp căng sau dùng cáp có bám dính (cáp để trần)

+) Phơng pháp căng sau dùng cáp không bám dính (cáp có vỏ bọc)

+) Phơng pháp gây ứng lực trớc không toàn phần

*) Phạm vi áp dụng:

Công nghệ sử dụng các tấm panel lắp ghép bê tông ứng suất trớc làm tờng trong

đất đã đợc sử dụng rộng rãi trên thế giới và đã sử dụng ở Việt Nam Các tấm panelthờng đợc sử dụng với các công trình có 2-5 tầng hầm, công trình có chiều sâu tờngdới 20m Ngoài ra, các tấm panel ứng suất trớc còn đợc sử dụng rộng rãi trong cáccông trình giao thông nh đờng hầm, tờng chắn các công trình lộ thiên, … dài 6-20m, dùng cho loại hố

*) Phơng pháp thi công:

Khác với thi công tờng trong đất bằng bê tông đổ toàn khối, với các panel lắpghép, tuỳ thuộc vào kích thớc và hình dạng các tấm panel mà lựa chọn phơng phápthi công cho thích hợp

Khi chiều dài 2 cạnh mặt cắt tiết diện của panel là dạng hình vuông, có thể khoandẫn hớng trớc khi sử dụng máy ép ép chúng vào trong đất

Khi chiều dài 2 cạnh mặt cắt tiết diện của panel là dạng hình chữ nhật, có thể thicông theo trình tự sau: sử dụng các máy gầu ngoạm để đào đất trong môi trờnghuyền phù bentonite chống sập thành  Cẩu cừ  Thả cừ vào các hố đào đã đợc

định vị  Xử lý các mối nối

trình Sukara Tower - 47 Vũ Trọng Phụng

Một số hình ảnh về các panel bê tôngứng suất trớc đợc sử dụng làm tờng trong

- Làm tờng tầng hầm cho nhà cao tầng

- Làm các công trình ngầm nh: đờng tàu điện ngầm, đờng cầu chui, cống thoát

n-ớc lớn, các ga ô gara lớn kích thn-ớc 156x54x27m gồm 7 tầng đã đợc xây dựng đầutiên ở Matxcơva tô ngầm dới đất, … dài 6-20m, dùng cho loại hố

- Làm kè bờ cảng, làm tờng chắn đất, … dài 6-20m, dùng cho loại hố.

Trên thế giới từ những năm 80 của thế kỷ trớc đã có những công trình hố móng

đào sâu đợc xây dựng Một vào năm 1983, gara trên đợc xây dựng ngầm bằng phơngpháp “ttờng trong đất” Toà nhà Vĩnh Hoa – Thợng Hải có quy mô 27 tầng, cao99m, độ sâu chôn móng 10.6m, gồm 2 tầng hầm đã dùng tờng cọc khoan nhồi D600sâu 21m, khoảng cách 850mm kết hợp với cọc ximăng đất 15m để chắn giữ hố đàosâu 10.6m Toà nhà Trung tâm tổ chức kinh doanh Quốc Gia Đài Loan (TaipeiNational Enterprising Center) có 18 tầng trên mặt đất và 5 tầng hầm Để chắn giữ hốmóng sâu 19.7m ngời ta đã dùng tờng trong đất dày 0.9m sâu 35m

Trong những năm gần đây ở nớc ta, tại các thành phố lớn nh Hà Nội và thành phố

Hồ Chí Minh cũng bắt đầu sử dụng các tầng hầm dới các nhà cao tầng với hố đào cóchiều sâu đến hàng chục mét và chiều sâu tờng trong đất đến trên 40m Toà nhàHarhour View Tower (thành phố Hồ Chí Minh) gồm 19 tầng lầu và 2 tầng hầm, có

hố móng sâu 10m, đã dùng tờng trong đất sâu 42m, dày 0,6m Toà nhà chung c trênlô đất N05 Trung Hoà - Nhân Chính gồm 29 tầng lầu và 3 tầng hầm, có hố móngsâu 11.7m, đã dùng tờng trong đất sâu 27m, dày 0,8m v v… dài 6-20m, dùng cho loại hố Ngoài ra, trong xâydựng công nghiệp nh nhà máy Apatit Lào Cai, nhà máy ximăng Bỉm Sơn hay nhàmáy điện Phả Lại đã có những kho, hầm hay tuynen sâu đến 20m đẫ dùng tờngtrong đất hay cọc khoan nhồi bê tông cốt thép để chắn giữ hố đào

Trong thực tế, xây dựng tờng trong đất từ BTCT toàn khối cần phải thực hiệnnhiều thao tác khó khăn Trong đó không phải lúc nào kết cấu tờng cũng đạt đợcchất lợng cao và các mối nối tin cậy, tốc độ thi công hào không cao

Với mục đích tăng mức độ công nghiệp hoá xây dựng với công nghệ “ttờng trong

đất”, trong thời gian gần đây bắt đầu sử dụng panel BTCT hạ chúng vào hào đầy vữasét

ở Việt Nam, công nghệ “ttờng trong đất” sử dụng BTCT toàn khối đã phát triển

t-ơng đối rộng rãi đối với các công trình ngầm Do còn nhiều hạn chết nên tờng trong

đất sử dụng panel lắp ghép vẫn cha đợc sử dụng nhiều trong thời gian qua Tuynhiên, cùng với công nghệ ứng lực trớc đợc sử dụng rộng rãi nên trong thời gian gần

đây, công ty VINACONEX đã bắt đầu nghiên cứu và sản xuất các panel bê tông ứnglực trớc làm tờng trong đất cho tầng hầm các nhà cao tầng Ví dụ: Khu Trung tâmthơng mại Chợ Mơ tại 495C – Bạch Mai – Hai Bà Trng – Hà Nội đã đợc thiết kế

2 tầng hầm, dùng các panel lắp ghép 500x520mm có dạng chữ H làm tờng trong

đất; Toà nhà SaKura ToWer - 47 Vũ Trọng Phụng đã dùng các panel bê tông ứngsuất trớc bằng chữ T, dài mỗi tấm 12,2m, rộng 496mm, dày khoảng 500mm Hàng t-ờng này sẽ đợc giữ lại để làm tờng tầng hầm, vừa kết hợp làm cọc chịu lực, vừa làm

tờng vây Trong quá trình thi công đã gặp phải một số sự cố nh: Panel bị vỡ, bị xiên,

ép sâu quá, ép không tới cốt thiết kế, … dài 6-20m, dùng cho loại hố

H×nh 1.5. §Þnh vÞ cõ khi Ðp c«ng tr×nh Sakura Tower - Sè 47 Vò Träng Phông

Hình 1.7. Cừ bê tông DƯL hình chữ H tại công trình Trung tâm thơng mại chợ Mơ

- Hai Bà Trng - Hà Nội

Vũ Trọng Phụng

I.1.4 Bản chất và đặc điểm của tờng panel ứng lực trớc

a) Bản chất của tờng panel ứng lực trớc:

Trong cấu kiện BTƯLT, ngời ta đặt vào một lực nén trớc tạo bởi việc kéo cốtthép rồi gắn chặt nó vào bê tông thông qua lực dính hoặc neo Nhờ tính đàn hồi, cốtthép có xu hớng co lại tạo nên lực nén trớc và gây ra ứng suất nén trớc trong bê tông.ứng suất nén này sẽ triệt tiêu hay làm giảm ứng suất kéo do tải trọng sử dụng gây ra,

do vậy làm tăng khả năng chịu kéo của bê tông và làm hạn chế sự phát triển của vếtnứt ứng lực trớc (ƯLT) chính là việc tạo ra cho kết cấu một cách có chủ ý các ứngsuất tạm thời nhằm tăng cờng sự làm việc của vật liệu trong các điều kiện sử dụngkhác nhau Nói cách khác, trớc khi cấu kiện chịu tải trọng sử dụng, cốt thép đã bịcăng trớc, còn bêtông đã bị nén trớc.

Đối với kết cấu tờng trong đất, sử dụng ứng lực trớc sẽ làm triệt tiêu các vết nứttrong bê tông ở vùng kéo do tải trọng từ bên ngoài (áp lực đất, áp lực nớc, ) và phảnlực tại các sàn, neo, … dài 6-20m, dùng cho loại hố

b) Đặc điểm vật liệu cho bê tông ứng lực trớc

Vật liệu của kết cấu bê tông ứng lực trớc gồm có bê tông, cốt thép căng, cốt thépthờng và một số vật liệu khác nh neo, bộ nối, ống gen, vữa bơm bảo vệ cốt thépcăng

*) Cốt thép:

Cốt thép dùng cho kết cấu bê tông ứng lực trớc – gọi tắt là cốt căng hay cốt thépcăng, là loại cốt thép cờng độ cao ở dạng thanh, sợi , bện, bó đợc qui định trongTCVN 6284-97 Cờng độ kéo tính toán cốt sợi ở dạng bện, bó có giá trị bằng (0,8-0,85)Ru – giới hạn bền và bằng 1900Mpa

Các đặc trng cơ lý của cốt thép cờng độ cao dùng cho bê tông ứng lực trớc đã

đ-ợc chỉ dẫn trong các tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 1:2008 và TCVN 2:2008, TCXDVN 356:2005

1651-*) Bệ căng:

Bệ căng đợc cấu tạo bằng thép không gỉ, cho phép sử dụng rất nhiều lần Khoanggiữa là nơi để bố trí thép và đổ bê tông nên nó có kích thớc bề rộng bằng kích thớccấu kiện, thông thờng khoảng 1.095m Bệ căng có ba mặt nh ván khuôn là một mặt

đáy và hai tấm thép thành xung quanh hai bên để tạo hình dáng cho cấu kiện và cócác chốt định vị để giữ tấm thép thành ở cả hai bên Kế tiếp là đờng ray để cho ph-

ơng tiện máy móc di chuyển sử dụng để phục vụ trong quá trình sản xuất

Phía dới ván thép đáy cách mặt đất khoảng 20cm là khoảng trống để bố trí hệthống dỡng hộ bằng hơi nớc

Mặt bích là các tấm thép dày khoảng 3-5 mm hoặc tấm thép ghép lại thành dạnghộp rỗng Trên mặt bích có các lỗ để cho các thanh căng luồn qua đợc Khoảng cách

từ mặt ván khuôn đáy đến mép dới của lỗ lấy bằng chiều dày lớp bảo vệ Khoảngcách giữa các lỗ bằng khoảng cách giữa các thanh căng Các mặt bích có thể có hìnhdạng thẳng hoặc công để tạo dáng cho mỗi đầu của tấm đúng nh hình dạng đã đợcthiết kế

I.1.5 Ưu nhợc điểm của tờng panel ứng lực trớc

Tờng từ các kết cấu ứng lực trớc (ƯLT) lắp ghép có hàng loạt u điểm so với đổtại chỗ u điểm chủ yếu của chúng là mức độ cơ giới hoá cao, khả năng đảm bảochất lợng tốt, khả năng sử dụng kết cấu mỏng (đến 0,2 – 0,3), hình dáng và tiếtdiện hợp lý (sờn, hộp, cánh, rỗng), khả năng đảm bảo chất lợng tốt bề mặt phía trongcông trình, không cần có những yêu cầu chặt chẽ với chất lợng huyền phù sét Ngoài

ra, sử dụng kết cấu ứng lực trớc còn có hàng loạt các u điểm sau:

+) Kết cấu bê tông ứng lực trớc có khả năng chịu uốn cao hơn so với kết cấu bêtông cốt thép thông thờng có cùng kích thớc;

+) Do có độ cứng lớn hơn nên kết cấu bê tông ứng lực trớc có độ võng nhỏ hơn

so với kết cấu bê tông cốt thép;

+) Kết cấu bê tông ứng lực trớc sử dụng vật liệu cờng độ cao nên mảnh và nhẹhơn so với kết cấu bê tông cốt thép;

+) Kết cấu bê tông ứng lực trớc có khả năng chịu cắt cao hơn do ứng suất nén

tr-ớc trong bê tông đã làm giảm ứng suất kéo chính Việc sử dụng cốt thép căng dạngcong có ý nghĩa làm giảm lực cắt trong bê tông dầm ở vùng gần gối tựa;

+) Do không bị nứt nên kết cấu bê tông ứng lực trớc hạn chế đợc sự xâm thựcgây ăn mòn của môi trờng, tăng tuổi thọ, tăng khả năng chống thấm của kết cấu +) Kết cấu bê tông ứng lực trớc có độ bền mỏi cao nên đợc dùng phổ biến làmkết cấu chịu tải trọng động

+) Sử dụng kết cấu bê tông ứng lực trớc có thể giảm đợc một lợng đáng kể bêtông và cốt thép

Tuy nhiên, bên cạnh những u điểm đó, kết cấu bê tông ứng lực trớc có những

nh-ợc điểm cần đnh-ợc biết để khắc phục:

+) Việc gây ứng suất trớc nén trong bê tông ở một số vùng có thể gây ứng suấtkéo ở một số vùng khác của kết cấu Khi thiết kế cần có sự tính toán để loại trừ khảnăng nứt bê tông do ứng suất kéo này gây ra

+) Kết cấu bê tông ứng lực trớc sử dụng bê tông cờng độ cao và cốt thép cờng độcao Trong một số trờng hợp việc chế tạo các loại vật liệu này gặp khó khăn hoặc giáthành cao;

+) Thi công kết cấu bê tông ứng lực trớc phải sử dụng các thiết bị chuyên dụng

So với kết cấu bê tông cốt thép thờng thì thi công kết cấu bê tông ứng lực trớc đòihỏi nhiều chi phí nhân công hơn, đặc biệt là nhân công có tay nghề cao Bên cạnh

đó, công tác kiểm soát chất lợng đối với kết cấu bê tông ứng lực trớc đòi hỏi cao hơn

so với kết cấu bê tông cốt thép thờng

Do BTƯLT lắp ghép thờng đắt hơn đổ tại chỗ, việc giải quyết vấn đề về tính hợp

lý cần có cơ sở kinh tế – kỹ thuật, khả năng kỹ thuật, tổ chức Ngoài ra, việc xử lýcác mối nối giữa các tấm panel tơng đối phức tạp, đòi hỏi phải đợc nghiên cứu kỹkhi đa ra phơng án xử lý

Các panel phẳng sử dụng hợp lý trong các công trình tròn hoặc chữ nhật sâu tới10-12m, panel sờn hiệu quả đối với công trình chữ nhật sâu tới 14-15m, các khốirỗng có hiệu quả đối với việc xây dựng tờng chắn chiều sâu tới 15-18m

Khi xây dựng tờng sâu hơn 12-15m tiến hành phân chia tờng không những theochiều đứng mà còn theo chiều ngang bằng các khe co giãn Trong những trờng hợp

đó, nên kết hợp làm tờng lắp ghép - đổ tại chỗ, phần trên khoảng 10-12m làm từpanel, còn phần dới – từ BTCT đổ tại chỗ

Do tờng trong đất có độ mảnh lớn, độ cứng nhỏ thờng gây chuyển vị ngang lớntrong quá trình thi công, do đó hệ tờng chắn thờng đợc sử dụng kết hợp với hệ chốnghoặc neo

I.2 Một số yếu tố ảnh hởng đến quá trình làm việc của tờng trong đất sử dụng panel lắp ghép bê tông ứng lực trớc [2].

*) Tác động của sự thay đổi ứng suất trong đất nền đến tờng panel ứng lực trớc Sơ đồ về biến dạng của kết cấu chắn giữ hố móng, của đáy hố móng và của côngtrình quanh hố móng có thể khái quát mô tả trên hình vẽ:

và h hỏng công trình lân cận

1 Tờng chắn; 2 Chuyển vị tờng chắn hố đào

3 Đáy hố đào bị nâng lên; 4 Chuyển vị công trình lân cận.

Khi đào đất sẽ làm thay đổi trạng thái ứng suất – biến dạng của đất tự nhiên d ớitác dụng trọng lợng bản thân của đất Đáy hố đào đợc giải phóng khỏi tải trọng đứngnên sẽ trồi lên phía trên còn áp lực ngang của đất quanh tờng chắn sẽ gây ra chuyển

vị ngang của tờng Việc chống đỡ chỉ làm hạn chế những chuyển vị này chứ khôngthể hoàn toàn loại trừ đợc chuyển vị Khi dùng neo để chống đỡ tờng panel ứng suấttrớc đã làm thay đổi trạng thái ứng suất dới móng và cúng có thể gây cho công trìnhphía trên nó những biến dạng đáng kể ở đây chỉ đề cập đến một loại chuyển vị củatờng neo vì tờng có thế chuyển vị theo chiều ngợc lại khi lực neo giữ đủ lớn

*) Kích thớc của hố móng đến tờng panel ứng lực trớc

Hình dạng mặt bằng, diện tích mặt bằng và độ sâu của hố móng, tất cả đều có

ảnh hởng lớn tới sự mở rộng và sự phân bố dịch chuyển đất xung quanh và bên d ới

đáy hố móng với những điều kiện đất nền nhất định Độ sâu hố đào hiển nhiên có

ảnh hởng tới sự dịch chuyển của đất Tomlínon đã đề cập tới sự dịch chuyển khôngthể tránh khỏi của đất vào trong lòng hố ở điều kiện thành hố móng có chắn giữ bìnhthờng hay có neo với lợng chuyển vị khoảng (0-25%)H trong đất yếu và khoảng (0-0,5%)H trong cát chặt hay sét cứng (H là độ sâu hố đào) Bề rộng hố móng có ảnhhởng tới chuyển vị ngang của tờng panel đợc Mana và Cloung tổng kết qua hình vẽsau

Hình 1.10 : ảnh hởng của bề rộng hố móng tới chuyển dịch ngang cực đại của tờng và độ lún cực đại của đất

*) ảnh hởng của nớc ngầm đến tờng panel ứng lực trớc

Tác động của nớc ngầm đối với độ lún của đất rất đa dạng và xảy ra ở các giai

đoạn đào khác nhau Tại nơi tờng trong đất sử dụng panel ứng suất trớc đặt trong lớp

đất dính nhng không đạt tới độ sâu của hố đào, trạng thái thấm ổn định sẽ phát triểnthành dòng ở bên dới chân tờng và làm đẩy nổi đáy hố đào Dòng thấm này lànguyên nhân làm giảm áp lực nớc ngầm, làm gia tăng ứng suất hữu hiệu và độ lúnbên ngoài biên của hố đào Cũng tại thời điểm này, sức kháng bị động giảm do dòngchảy phía trong của tờng, sự chuyển dịch lớn hơn xảy ra khi sức kháng bị động thay

đổi đến một lợng nào đó Sự hình thành trạng thái ổn định nớc ngầm nh vậy lànguyên nhân dẫn đến sự dịch chuyển của đất theo cả hai phơng nằm ngang và thẳng

đứng

*) Độ cứng của tờng chắn và hệ chống giữ đến tờng panel ứng lực trớc

Các số liệu nghiên cứu sử dụng nền biến dạng cục bộ (nền Winkler) hay các

ch-ơng trình phần tử hữu hạn về tch-ơng tác đất nền – kết cấu và các số liệu quan sát đợc

ở hiện trờng cho thấy quá trình chuyển vị ngang của tờng chắn và lún của đất xungquanh hố đào chống đỡ bằng tờng trong đất giảm khi tăng độ cứng của tờng chắn và

hệ thanh chống đỡ Độ cứng đàn hồi của hệ thanh chống có vai trò rất quan trọng

Độ chôn sâu của tờng từ đáy hố đào trở xuống cũng làm thay đổi về chất độ cứngcủa tờng và có ảnh hởng tới chuyển dịch của đất bên ngoài theo cả hai phơng thẳng

đứng và nằm ngang

*) Tác động của việc gia tải trớc đến tờng panel ứng lực trớc

Những kinh nghiệm thi công tờng trong đất cho thấy việc gia tải trớc cho hệ giằng

có hố móng sâu là nhằm làm chuyển vị ngang của tờng chắn trong các loại đất rời và

đất sét có độ cứng trung bình và cứng, bằng cách liên kết cọc cừ và dầm chẳng hạn

nh cọc cừ thép và dầm tờng bằng bê tông cốt thép Ngoài phần gia cố thực tế này ra,chuyển vị ngang của tờng chắn sẽ giảm đi nếu gia cờng độ cứng của đất bằng hiệuứng trễ của đờng cong biến dạng – ứng suất của đất trong quá trình dỡ tải kết hợpvới sự gia tải và dỡ tải lặp đi lặp lại trong các thanh chống và giằng tại các vị trí chắngiữ O’Rourke (1976) đã tổng kết quan điểm của mình bằng cách thống kê hầu hếtcác trờng hợp hệ thanh chống xiên gia tải trớc đến 50% tải trọng thiết kế thì cácchuyển vị lớn sẽ giảm tại các cột chống và sự quá tải của hệ khung giằng là khôngxảy ra khi gia tải trớc đạt tới giới hạn 50% giá trị của tải thiết kế.

Việc gia tải trớc trong hệ thanh chống có thể đợc so sánh với việc kéo căng cácthanh neo đất Việc kéo căng này đã đợc áp dụng thành công bằng cách sử dụng cáckích kéo sau tại các cốt lắp hệ khung chống đỡ khi hố móng đạt tới cốt đó Sự vợt tải10% đợc áp dụng cho mỗi neo để phòng khi các neo rão ra làm giảm tải

*) Trình tự thi công và trình độ thi công đến tờng panel ứng lực trớc

Việc lựa chọn biện pháp thi công tổng thể đối với tầng hầm nh bằng biện pháptrên – xuống (top-down) hay dới – lên (Bottom-up), kỹ thuật sử dụng thanh chốnghay ván cừ cho biên tầng hầm, khoảng thời gian tiến hành các giai đoạn đào tất cả

đều có ảnh hởng đến sự dịch chuyển dịch ngang của tờng panel ứng suất trớc với

điều kiện đất nền và kích thớc hố móng đã xác định

Nhiều kết quả quan trắc và các tiêu chuẩn thi công khác nhau đều cho thấy rằngviệc đào nhanh và thái độ thi công cẩu thả đối với công việc chống đỡ hố đào cũngdẫn tới sự dịch chuyển của hệ thanh chống, sự lún sụt của đất và những phá hoại cục

bộ và đã có trờng hợp dẫn tới sụp đổ Nhiều nguyên nhân của những chuyển dịchhay phá hoại phụ của hố đào là do kinh nghiệm hiện trờng kém nh là việc chậm thicông hệ chống đỡ, đào quá cốt đáy, thi công đóng cọc chất lợng kém, mất nớc docác khe tờng chắn, mối nối giữa các khoá cọc cừ hay mối nối của tờng trong đấtkém dẫn tới mất đất, sự biến dạng hay tách thớ của bờ chắn bằng đất sét, sự chất tải

bề mặt quá lớn do chất đống các đất đá đào lên hay do thiết bị thi công, thanh neo– giằng không đủ độ cứng, lực kéo/ nhổ của chúng không đạt trị số yêu cầu hoặcnên giữa các thanh giằng bị trợt cũng gây ra sự dịch chuyển lớn của tờng và đấtquanh hố đào bị lún sụt

I.3 Các giải pháp chống đỡ hố đào khi thi công tờng trong đất sử dụng panel lắp ghép bê tông ứng lực trớc.

I.3.1 Giữ ổn định bằng hệ chống, neo

a) Hệ chống:

Khi đào đất hố móng hố móng công trình có thể sử dụng hệ chống để giữ ổn địnhthành hố đào Số lợng tầng thanh chống có thể là 1 tầng chống, 2 tầng chống hoặcnhiều hơn tuỳ theo chiều sâu hố đào, dạng hình học của hố đào và điều kiện địachất, thuỷ văn trong phạm vi chiều sâu tờng vây

Ưu điểm: Trọng lợng nhỏ, lắp dựng và tháo dỡ thuận tiện, có thể sử dụng nhiều

lần Căn cứ vào tiến độ đào đất có thể vừa đào, vừa chống, có thể làm cho tăng chặtnếu có hệ thống kích, tăng đơ rất có lợi cho việc hạn chế chuyển dịch ngang của t-ờng

Nhợc điểm: độ cứng tổng thể nhỏ, mắt nối ghép nhiều Nếu cấu tạo mắt nối

không hợp lý và thi công không thoả đáng và không phù hợp với yêu cầu của thiết

kế, dễ gây ra chuyển dịch ngang và mất ổn định của hố đào do mắt nối bị biến dạng,giá thành cao, khi thi công đào đất rất khó khăn

b) Neo:

Để giữ ổn định thành hố đào cũng có thể dùng neo Số l ợng neo tuỳ thuộc vàochiều sâu, dạng hình học của hố đào và điều kiện địa chất, thuỷ văn trong phạm vichiều sâu tờng vây

u điểm: giữ ổn định tốt, không gây cản trở trong quá trình thi công các giai đoạn

khác của công trình

Nhợc điểm: thi công phức tạp, không thực hiện đợc với các công trình xây chen.

Ngoài ra, đối với tờng trong đất sử dụng panel lắp ghép BTƯLT, các tấm panel đợcchế tạo sẵn trong các nhà máy và kích thớc mỗi tấm panel nhỏ, do đó không nên sửdụng neo để giữ ổn định cho thành hố đào

I.3.2 Giữ ổn định bằng phơng pháp thi công Semi Top-Down

Với công trình chiều sâu tầng hầm tơng đối lớn, để tiến hành thi công phần ngầmmột cách an toàn, nhanh chóng và tiện lợi, ta sử dụng phơng pháp thi công mới theocông nghệ Semi Top-Down Phơng pháp thi công này thờng đợc dùng phổ biến hiệnnay Để chống đỡ sàn tầng hầm trong quá trình thi công, ngời ta thờng sử dụng cộtchống tạm bằng thép hình đặt sẵn trong quá trình thi công cọc nhồi Trình tự phơngpháp thi công này có thể thay đổi cho phù hợp với đặc điểm công trình, trình độ thicông, máy móc hiện có

Hình ảnh về công nghệ thi công Semi Top - Down trên thế giới:

Hình 1.11. Công nghệ thi công Semi top-down

- Ưu điểm:

+ Lợi dụng hệ sàn tầng trên đã thi công làm hệ chống thành hố đào

+ Hệ chống ổn định tốt trong quá trình thi công

+ Rút ngắn thời gian thi công

+ Liên kết giữa dầm sàn và cột tờng khó thi công;

+ Công tác thi công đất trong không gian tầng hầm có chiều cao nhỏ khó thực hiệncơ giới

+ Nếu lỗ mở nhỏ thì phải quan tâm đến hệ thống chiếu sáng và thông gió

Hình1.12: Kê chắn thành hố đào (a) và một số sơ đồ cấu tạo hệ thanh chống (b)

1 cọc; 2 dầm đai; 3 giằng chống; 4 bản giằng; 5 giá đỡ góc

6 bê tông phun; 7 dầm dọc; 8 bản đệm ; 9 nêm; 10 giằng chéo.

Chơng II

Cở sở Tính toán tờng trong đất

sử dụng panel lắp ghép bê tông ứng lực trớc

II.1 Tải trọng tác dụng.

Tờng trong đất là kết cấu chịu tải trọng ngang do áp lực đất, áp lực n ớc, tải trọngthi công là chủ yếu

Tải trọng tác dụng vào kết cấu thông thờng có thể chia làm 3 loại:

+) Tải trọng vĩnh cửu (tải trọng tĩnh): là tải trọng mà trong thời gian sử dụng kếtcấu không biến đổi trị số, hoặc biến đổi của chúng so với trị số bình quân có thể bỏqua không tính Ví dụ nh trọng lợng bản thân kết cấu, áp lực của đất … dài 6-20m, dùng cho loại hố

b) a)

+) Tải trọng khả biến (tải trọng động): là tải trọng mà trong thời gian sử dụng kếtcấu có biến đổi trị số mà trị số biến đổi của chúng so với trị số bình quân không thể

bỏ qua đợc Ví dụ tải trọng động mặt sàn, ô tô, cần trục hoặc tải trọng xếp đống vậtliệu v v

+) Tải trọng ngẫu nhiên: là tải trọng mà trong thời gian xây dựng và sử dụng kếtcấu không nhất định xuất hiện, nhng hễ có xuất hiện thì trị số rất lớn và thời gianduy trì tơng đối ngắn Ví dụ lực động đất, lực phát nổ, lực va đập v v… dài 6-20m, dùng cho loại hố

Tải trọng tác động lên kết cấu chắn giữ chủ yếu có:

+) Tải trọng phụ do sự biến đổi nhiệt độ và co ngót của bê tông gây ra

Bảng tải trọng và tác động lên tờng trong đất trong giai đoạn thi công [2]

Trọng lợng của kết cấu (tờng, đáy )

áp lực ngang của đất ở trạng thái tĩnh

áp lực thêm của đất lên tờng khi có vỉa đất nghiêng

áp lực ngang tác dụng lên đất khi đổ bê tông và truyền qua đất

lên tờng sau khi BT đông cứng

áp lực thêm không đều hớng ngang của đất lên tờng ngầm có

mặt bằng hình tròn khi đất không đồng nhất

áp lực thuỷ tĩnh lên tờng (hớng ngang) và lên đáy (hớng thẳng

đứng)

Lực ma sát giữa tờng và đất khi đẩy nổi công trình

Lực căng của neo

Để chịu áp lực ngang của đất

Để tạo phụ tải chống đẩy nổi công trình

Ngắn hạn

áp lực đất phụ thêm lên tờng theo hớng ngang do tải trọng trên

mặt đất, giếng chìm bị nghiêng

áp lực chủ động và bị động của đất

Tải trọng trên sàn do các phơng tiện giao thông

áp lực thuỷ tĩnh của dung dịch sét trong áo giữ thành

Sức chống của đất ở dới đáy công trình

1,1 (0,9) 1,1 (0,9) 1,1 (0,9) 1,1 (0,9) 1,0

1,1 (0,9) 1,0 1,0 1,1 1,0 1,0 1,1 1,1 1,2(0,8) 1,1

+) áp lực đất tĩnh: Nh tờng chắn đất cứng duy trì ở vị trí tĩnh tại bất động (không

bị chuyển dịch) thì áp lực đất tác động vào tờng gọi là áp lực đất tĩnh Hợp lực của

áp lực đất tĩnh tác động trên mỗi mét dài tờng chắn đất biểu thị bằng E0 (kN/m), ờng độ áp lực đất tĩnh biểu thị bằng P0 (kPa)

+) áp lực đất chủ động: Nếu tờng chắn đất dới tác động của áp lực đất lấp mà lngdịch chuyển theo chiều đất lấp, khi đó áp lực đất tác động vào tờng sẽ từ áp lực đấttĩnh mà giảm dần đi, khi thể đất ở sau tờng đạt đến giới hạn cân bằng, đồng thờixuất hiện mặt trợt liên tục làm cho thể đất trợt xuống, khi đó áp lực đất giảm đến trịnhỏ nhất, gọi là áp lực đất chủ động, biểu thị bằng Ea (kN/m) và P0(kPa)

+) áp lực đất bị động: Nếu tờng chắn đất dới tác dụng của ngoại lực di động theochiều đất lấp, khi đó áp lực đất tác động vào tờng sẽ từ áp lực đất tĩnh mà tăng dầnlên, liên tục cho đến khi thể đất đạt giới hạn cân bằng, đồng thời xuất hiện mặt tr ợtliên tục, thể đất ở phía sau tờng bị chèn đẩy lên Khi đó, áp lực đất tăng tới trị số lớnnhất, gọi là áp lực đất bị động, biểu thị bằng Ep (kN/m) và P p (kPa) Qua đó có thểthấy, trong ba loại áp lực đất thì áp lực đất bị động lớn hơn áp lực đất tĩnh, và áp lực

đất chủ động là nhỏ nhất, Từ phân tích lý luận và thử nghiệm thực tiễn cho thấy,chuyển vị cần thiết khi phía sau tờng chắn đất đạt đến áp lực đất bị động lớn hơn rấtnhiều áp lực đất chủ động

*) Tính áp lực đất tĩnh:

Nếu tờng chắn duy trì tĩnh tại bất động ở nguyên vị trí của nó thì áp lực đất tác

động vào tờng gọi là áp lực đất tĩnh Đất ở phía sau tờng chắn ở vào trạng thái cânbằng đàn hồi, áp lực đất tĩnh có thể tính theo công thức sau:

po=(i h i q)K0Trong đó:

po – cờng độ áp lực đất tĩnh tại điểm tính toán (kPa);

i- trọng lợng đơn vị của tầng thứ i bên trên điểm tính toán (kN/m 3);

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

) cos(

) sin(

) sin(

1 ) cos(

cos

) ( cos

, - trọng lợng và góc ma sát trong của đất lấp sau tờng

H- Độ cao của tờng chắn đất

 - góc kẹp giữa lng tờng với đờng thẳng đứng Lng tờng nghiêng úp xuống làdơng và ngợc lại là âm

 - góc nghiêng giữa mặt đất lấp với mặt phẳng ngang

 - góc ma sát giữa lng tờng với đất lấp

Nếu mặt đất lấp nằm ngang, lng tờng thẳng đứng, mà lng tờng lại nhẵn thì ta sẽ có

0 ,

) cos(

) sin(

) sin(

1 ) cos(

cos

) ( cos

Tải trọng tác động lên kết cấu chắn đất, ngoài áp lực đất ra còn có áp lực nớc của

nớc ngầm dới mặt đất Khi tính áp lực nớc, thờng lấy trọng lợng nớc w  10kN/m3

áp lực nớc có liên quan đến các nhân tố nh lợng cấp bổ sung nớc ngầm, sự thay đổimùa, độ kín nớc của tờng chắn trong thời gian thi công đào hố, độ sâu của tờngtrong đất, phơng pháp xử lí thoát nớc v.v

Tính áp lực nớc, đất dới mực nớc ngầm thờng dùng 2 phơng pháp là “tnớc đất

tính riêng” (tức áp lực nớc, đất lần lợt tính riêng rồi cộng lại) và “tnớc đất tínhchung” Đối với đất tính cát và đất bột, có thể tính theo nớc đất tính riêng, tức là lầnlợt tính áp lực nớc rồi áp lực đất, sau đó cộng chúng với nhau Với đất có tính sét thì

có thể căn cứ vào tình hình ở hiện trờng và kinh nghiệm trong thi công để xem tínhchung hoặc tính riêng

*) Phơng pháp tính riêng áp lực nớc đất:

Phơng pháp nớc đất tính riêng áp dụng trọng lợng đẩy nổi để tính áp lực đất, dùng

áp lực nớc tĩnh để tính áp lực nớc, sau đó cộng hai loại với nhau sẽ có tổng áp lựcbên

Dùng phơng pháp ứng suất tổng để tính áp lực đất, rồi cộng với áp lực nớc, tức làtổn ứng suất





Kp: Hệ số sáp lực đất bị động tính theo chỉ tiêu cờng độ ứng suất tổng của đất

Kp =tan2(

2 4

a) Tính toán sức chịu tải của đất nền dới chân tờng

Khi tờng trong đất làm tờng tầng hầm cho nhà cao

tầng và kết hợp với vách làm kết cấu chịu lực cho công

Trong đó:

p :tc áp lực tiêu chuẩn dới chân tờng;

N :tc tải trọng công trình trên mỗi mét dài;

G :tc trọng lợng bản thân mỗi mét dài tờng;

R :tc Sức chịu tải của đất nền dới chân tờng, xác định theo công thức:

R = Abγ + Bhγ' + DCtc tc

h: chiều cao của tờng;

: trọng lợng riêng của đất dới chân tờng;

': trọng lợng riêng của đất từ chân tờng đến mặt đất;

c tc: lực dính tiêu chuẩn của lớp đất dới chân tờng;

A, B, D: các hệ số tra bảng II-3-1: “tThiết kế và thi công cọc barrete, tờngtrong đất và neo trong đất”, phụ thuộc góc ma sát trong  của đất

b) Tính toán tờng chắn kiểu conson [7]

Tờng chắn kiểu conson chỉ áp dụng khi nhà có tầng hầm không cao hơn 4m Dới tác dụng của áp lực đất tờng xoay quanh điểm C Vùng A chỉ có áp lực chủ

động tác dụng từ phải sang trái ở vùng B, do có sự xoay của tờng nên xuất hiện áplực chủ động tác dụng từ phải sang trái và áp lực bị động tác dụng từ trái sang phải

ở vùng C, phía dới điểm xoay xuất hiện áp lực chủ động tác dụng từ trái sang phải

và áp lực bị động tác dụng từ phải sang trái

a) Sơ đồ tờng; b) Sơ đồ áp lực; c) Biểu đồ mômen

Các thông số cần xác định:

+ Độ sâu cần thiết của tờng

+ Mô men uốn Mmax để tính cốt thép cho tờng;

* Xác định hệ số áp lực đất chủ động và bị động của đất lên tờng:

.2

: Trọng lợng riêng của đất;

: góc ma sát trong của đất

* Chiều sâu ngàm của bức tờng vào đất cần thiết cho tờng đợc ổn định khi đảm bảo

điều kiện:

qmax q gh

* Xác định mômen uốn lớn nhất Mmax tác dụng lên tờng:

Momen uốn lớn nhất Mmax tác dụng vào điểm nằm dới đáy hố đào một đoạn Z0:

Coi tờng là một kết cấu conson, từ Mmax tính đợc cốt thép chủ cho tờng theo

ph-ơng pháp thông thờng của kết cấu bê tông cốt thép

c) Tính toán tờng trong đất có một hàng neo [7]

áp dụng cho nhà cao tầng có 2 tầng hầm với chiều sâu hố đào sâu khoảng 10m Sơ đồ tính đợc thể hiện trên hình vẽ:

Q2: áp lựuc bị động của đất

m: hệ số điều kiện làm việc; m = 0,71

K



 Giá trị mômen uốn lớn nhất tác dụng vào tờng:

d) Tính toán tờng trong đất có nhiều tầng chống hoặc neo [7].

áp lực đất lên tờng cừ đợc xác định theo phơng pháp của Terzaghi Biểu đồ rútgọn áp lực bên của đất lên tờng có nhiều gối tựa (do các thanh chống khi thi công)hoặc có nhiều neo (tạm thời hay lâu dài) đối với đất rời và đất dính đợc thể hiện trênhình vẽ:

a) Đất rời b) Đất dính

Trị số cực đại áp lực ngang của đất tác dụng lên tờng đối với đất rời:

Z: Khoảng cách từ đỉnh tờng đến tiết diện của tờng đang xét;

: góc ma sát trong của đất;

Dùng Pmax để xác định nội lực trong tờng chắn

Các mômen uốn trong tờng và các phản lực ở gối (hoặc neo) đợc xác định nhtrong dầm một nhịp có chiều dài bằng khoảng cách giữa các gối (hoặc neo) Phầntrên cùng của tờng đợc tính nh một dầm conson có chiều dài bằng khoảng cách từ

đỉnh tờng đến hàng gối tựa hoặc neo thứ nhất Gối tựa dới cùng đặt tại đáy hố móng Khi tính toán các tờng cừ có neo ứng suất trớc thì phải tính các ứng suất phụ phátsinh trong tờng và neo do việc căng neo

Khi tính toán các lực do căng trớc neo, để đơn giản tính toán ngời ta xem tờng nhcứng tuyệt đối, tức là không xét ảnh hởng của độ võng tờng đến sự phân bố của phảnlực đất phát sinh khi căng neo, còn đất sau tờng coi là nền đàn hồi Winkler với hệ sốnền thay đổi tuyến tính theo chiều sâu

Sơ đồ tác dụng vào tờng khi có các lực neo ứng suất trớc đợc thể hiện trên hìnhvẽ:

Mômen M za và lực cắt Q za trong tờng do lực căng trớc neo đợc xác định theo côngthức kinh nghiệm của V.M.Zubkov:

S n: Thành phần nằm ngang của lực căng neo ở hàng thứ n trên 1 mét dài ờng; N/m;

Z: Khoảng cách từ đỉnh tờng đến tiết diện đang xét; m;

K: Số lợng hàng neo theo chiều cao tờng;

N: Số liệu của hàng neo (n = 1, 2, 3, … dài 6-20m, dùng cho loại hốk)

L: Chiều sâu tờng (khoảng cách từ đỉnh tờng đến chân tờng); m;

a n: Khoảng cách từ đỉnh tờng đến hàng neo thứ nhất, m

khi có các thanh neo ứng suất trớc.

II.3 Tổng quan về các phơng pháp tính tờng trong đất sử dụng panel bê tông ứng lực trớc.

Hình2.5: Sơ đồ quan hệ của chống với chuyển dịch của thân tờng trong quá trình đào đất.

a, b, c là trình tự đào.

1 Chuyển dịch của tờng sau lần đào thứ nhất

2, 3 Chuyển dịch của lần đào thứ 2 và 3

Căn cứ vào các hiện tợng thực đo này Sachipana đa ra phơng pháp tính lực trục

thanh chống và mômen thân tờng không biến đổi theo quá trình đào đất, những giả

định cơ bản của nó là:

a) Trong đất có tính dính, thân tờng xem là đàn hồi vô hạn;

b) áp lực đất thân tờng từ mặt đào trở lên phân bố theo hình tam giác, từ mặt đàotrở xuống phân bố theo hình chữ nhật (đã triệt tiêu áp lực đất tĩnh ở bên phía đào

đất);

c) Phản lực chống hớng ngang của đất bên dới mặt đào chia làm 2 vùng: vùng dẻo

đạt tới áp lực đất bị động có độ cao l; và vùng đàn hồi có quan hệ đ ờng thẳng vớibiến dạng của thân tờng;

d) Sau khi lắp đặt chống sẽ xem là điểm chống bất động;

e) Sau khi lắp đặt tầng chống dới thì xem trị số lực trục của tầng chống trên duytrì không đổi, còn thân tờng từ tầng chống dới trở lên vẫn duy trì ở vị trí cũ

1 Vùng dẻo; 2 Vùng đàn hồi.

Theo chiều cao toàn bộ tờng có thể chia thành ba vùng: vùng từ hàng chống thứ kcho đến mặt đào, vùng dẻo và vùng đàn hồi từ mặt đào trở xuống, từ đó lập đợc ph-

ơng trình vi phân đàn hồi cho trục tờng Căn cứ vào điệu kiện biên và điều kiện liêntục ta có thể tìm đợc công thức tính lực dọc trục Nk của tầng chống thứ k, cũng nhcông thức tính nội lực và chuyển vị của nó Với những lập luận và giả thiết trên, kếtquả tính toán nhận đợc khá chính xác, nhng do công thức có chứa hàm bậc 5 nêntính toán khá phức tạp

Để đơn giản tính toán, sau khi nghiên cứu Sachipana đã đa ra phơng pháp gần

đúng nhng đơn giải hơn với các giả thiết cơ bản sau (xem hình vẽ):

a) Trong tầng đất sét, thân tờng xem là thể đàn hồi dài hữu hạn đầu dới đáy tự do; b) Giống nh phơng pháp giải chính xác;

c) Phản lực chống hớng ngang của đất lấy bằng áp lực đất bị động, trong đó(x) là trị số áp lực đất bị động sau khi đợc trừ đi áp lực đất tĩnh ( )x ;

2

12

m m

i m

12

ok i

kk ik i m

kk ok

m kk ok

Các bớc tính toán của phơng pháp giải gần đúng này nh sau:

1) ở giai đoạn đào thứ nhất, kí hiệu dới chân của công thức (2.1) và công thức

(2.2) lấy k=1, còn N1 lấy bằng không, từ công thức (2.2) tìm ra xm sau đó thay vàocông thức (2.1) để tìm ra N1

2) ở sau giai đoạn đào thứ hai, kí hiệu dới chân của công thức (2.1) và côngthức (2.2) lấy k=2, còn N1 chỉ có một N1 là số đã biết, từ công thức (2.2) tìm ra xmsau đó thay vào công thức (2.1) tìm ra N2

3) ở sau giai đoạn đào thứ ba, k =3, có hai Ni, tức N1, N2 là số đã biết, từ côngthức (2.2) tìm ra xm, sau đó thay vào công thức (2.1) tìm đợc N3

Tiếp tục nh vậy, sau khi tìm đợc lực dọc trục của các tầng thanh chống, nội lựcthân tờng cũng sẽ dễ dàng xác định

II.3.2 Phơng pháp đàn hồi [2]

Phơng pháp đàn hồi trong “tQuy phạm thiết kế móng công trình xây dựng NhậtBản” có sơ đồ tính toán nh hình 2.7 Các giả định cơ bản là:

a) Thân tờng xem là đàn hồi dài vô hạn, giải bằng phơng trình vi phân

b) áp lực đất bên chủ động là đã biết (áp lực đất thân tờng từ mặt đào trở lênphân bố hình tam giác), nhng phía dới mặt cắm vào đất (mặt đáy hố đào) chỉ có lựcchống của đất bên bị động, trị số của phản lực đất tỉ lệ thuận với chuyển dịch củathân tờng

c) Phản lực chống hớng ngang của đất lấy bằng áp lực đất bị động, trong đó (

x

  ) là trị số áp lực đất bị động sau khi trừ đi áp lực đất tĩnh (x)

d) Sau khi đặt thanh chống (dầm, sàn nhà) thì xem điểm chống của thanh chống

Hình 2.7 : Sơ đồ tính toán theo Hình 2.8: Sơ đồ tính theo phơng

phơng pháp đàn hồi Nhật Bản pháp đàn hồi sau khi sửa đổi lại

* u điểm của phơng pháp.

- Tính toán đơn giản, không cần dùng máy tính ngời thiết kế cũng có thể tính toán

đợc kết cấu tờng chắn cũng nh chuyển vị của tờng chắn

- Kết quả tính toán gần sát với thựuc tế, trị số mômen lớn nhất lại lớn hơn ph ơngpháp giải chính xác khoảng 10%, thiên về an toàn, đây là giá trị chấp nhận đợc.

* Nhợc điểm của phơng pháp.

- áp lực nớc, đất chủ động phân bố hình tam giác theo nh giả thiết của phơngpháp, tuy nhiên thực tế, áp lực đất phân bố hình thang và có dạng răng c a (do cáclớp đất có chỉ tiêu cơ lý khác nhau)

- Sau khi đặt thanh chống (dầm nhà) thì xem điểm chống là bất động theo nh giảthiết, tuy nhiên thực tế là sau khi lắp đặt thanh chống, điểm đặt thanh chống vẫn cóchuyển vị, đặc biệt là trờng hợp thanh chống không đủ cứng, vì vậy chuyển vị thực

tế sẽ lớn hơn so với tính toán theo phơng pháp này

- Theo nh giả thiết sau khi đặt thanh chống dới, thừa nhận là lực trục trong thanhchống không đổi, thân tờng ở bên trên cũng duy trì chuyển dịch nh cũ, thực tế là lựctrục thanh có sự thay đổi trong qú trình đào đất và do điểm chống thực tế có chuyển

vị nên thân tờng ở bên trên có sự dịch chuyển khác so với khi cha lắp đặt thanhchống và đào đất phía dới, tuy nhiên sự khác biệt này là rất ít

- Cha phải là phơng pháp tính toán lý tởng, độ chính xác cha cao

II.3.3 Phơng pháp tính lực trục thanh chống, nội lực thân tờng biến đổi theo quátrình đào móng [2]

Phơng pháp này có kể đến sự không ngừng biến đổi của lực trục các tầng thanhchống và nội lực thân tờng theo tiến triển của việc đào đất và việc chống giữ Hình2.9 là sơ đồ tính toán của phơng pháp này

nội lực thân tờng biến đổi theo quá trình đào móng

Những giả thiết cơ bản của phơng pháp này là:

a) Kể đến sự dịch chuyển của thanh chống, thanh chống thay thế bằng lò xo;b) áp lực đất bên chủ động có thể dựa vào số liệu thực đo, đồng thời giả thiết làhàm số bậc 2 của toạ độ;

c) Phần tờng trong đất đã đạt đến vùng dẻo của áp lực đất bị động Rankine vàvùng đàn hồi của phản lực đất tỷ lệ thuận với chuyển dịch ngang của thân tờng;d) Thân tờng là một dầm dài hữu hạn, thanh chống ở thân tờng có thể là tự do, lànối khớp hợac là cố định;

Ký hiệu của chuyển dịch quy định nh sau:

Trong vùng (1): y i ig i

Trong đó:

y i - chuyển dịch của thanh chống ở điểm i;

i - chuyển dịch trớc khi lắp đặt của thanh chống ở điểm i;

g i - chuyển dịch sau khi lắp đặt thanh chống ở điểm i

2

1(

sự dịch chuyển của thanh chống, thanh chống thay thế bằng hệ lò xo.

- áp lực đất bên chủ động co thể dựa vào số liệu thực đo, sát thực tế

* Nhợc điểm của phơng pháp.

- Khối lợng tính toán lớn, cách thức tính toán phức tạp

- Cha phải là phơng pháp tính toán lý tởng, độ chính xác cha cao

II.3.4 Phơng pháp số gia [2]

Với tờng liên tục trong đất, lấy một mét dài làm đơn vị tính toán và xem nó là

một dầm móng đàn hồi chịu tác động của áp lực đất; tác động của đất vào tờng cóthể biểu thị bằng một hệ thống lò xo đất giống nh mô hình Winkler, còn hệ số độcứng K của lò xo thì xác định bằng định nghĩa K = N / ,  là chuyển vị tìm đợccủa Boussinesq từ lý thuyết đàn hồi, N là lực tơng ứng, K xác định là hàm số củamôđum biến dạng E0 của đất, hệ số Poatxông s, diện tích đất chịu nén b d i do là

xo làm đại diện nh đợc thể hiện trên hình 1.13 Đối với lò xo đất từ mặt đào trở lênnếu là chịu kéo thì lò xo không gây ra tác động vì đất không chịu lực kéo, khi đó K

= 0, cho lực tập trung của một lò xo đất sinh ra là x i, cho diện tích mà lò xo làm đạidiện cho đất chịu nén là b d i , d là độ rộng của phần tử tờng, thờng lấy d=1m, thì áplực phân bố tác động trên diện tích ấy là:

i i

i

x q

b d



Cho d < b, từ lời giải của Boussineq có thể tính đợc chuyển vị  dới tác động q i là:

x b E k

 là hệ số hình dạng có liên quan với b/d, khi b/d = 1,0,  = 0,8; khi b/d = 1,5,

 = 1,08; khi b/d = 2,  = 1,22 Bởi vì k i tơng ứng với các lớp đất khác nhau cóthể phản ánh bằng E s, do đó E scủa lớp đất cứng là lớn thì k i tơng ứng cũng lớn,cho nên k i đợc xác định từ đó có thể xét đến chênh lệch của k i của lớp mềm và lớpcứng, phơng pháp này có thể lập thành chơng trình máy tính và đã đợc vận dụng vàonhiều công trình thực tế đã chứng minh là giữa tính toán với kết quả đó là t ơng đốigần nhau

* u điểm của phơng pháp.

- Có kể đến toàn bộ quá trình thi công từng bớc chống giữ (hoặc neo giữ) và từngbớc đào đất

- Kết quả tính toán và kết quả đo thực tế ở hiện trờng là tơng đối gần nhau

- Phơng pháp này có thể lập thành chơng trình máy tính và đã đợc vận dụng vàonhiều công trình thực tế

* Nhợc điểm của phơng pháp.

- Việc tính toán có kể đến tác động đồng thời giữa đất, tờng, chống hoặc neo, tuynhiên phơng pháp này đã đơn giản hoá việc tác động đồng thời đó, do vậy kết quảtính toán tuy sát với thực tế nhng vẫn còn sai số

- Tác động của đất vào tờng có thể biểu thị bằng một hệ thống lò xo đất giống nhmô hình Winkler, nh vậy dới tác động của tải trọng, biến dạng của đất mềm luônluôn là hằng số Thực tế là dới tác động của tải trọng, biến dạng của đất mềm có liên

quan tới thời gian Khi tải trọng mà nó phải mang luôn luôn duy trì không đổi thìbiến dạng sẽ không phải mãi mãi là hằng số.

Theo mô hình Winkler thì phạm vi ảnh hởng chỉ trong khu vực chịu tải trọng,

điều này chỉ phù hợp với nền đất yếu

Ngoài các phơng pháp kể trên, thực tế thờng dùng phơng pháp Sachipana và

phần tử hữu hạn để tính toán kết cấu tờng trong đất Tuy vẫn còn những hạn chế ,song hai phơng pháp này vẫn có những u điểm vợt trội so với các phơng pháp cònlại

II.3.5 Phơng pháp phần tử hữu hạn [2]

Phơng pháp phần tử hữu hạn (PTHH) đợc áp dụng sớm nhất trong lĩnh vực hàngkhông Nó là phơng pháp số đợc phát triển cùng với sự phát triển của máy tính điện

tử Phơng pháp số có khác với phơng pháp giải tích: phơng pháp giải tích xuất phát

từ việc nghiên cứu một vật vi mô trong một môi trờng liên tục, trong khi phân tíchcho phép số lợng của vật vi mô là nhiều vô hạn còn độ lớn của nó thể dẫn tới không,

từ đó thu đợc phơng trình vi phân miêu tả tính chất của môi trờng đàn hồi, giải

ph-ơng trình vi phân sẽ đợc một đáp số giải tích Đph-ơng nhiên, đối với phần lớn các côngtrình, do vật liệu không đồng đều, phi tuyến tính hoặc sự phức tạp về dạng hình họccủa công trình, muốn có đợc đáp số giải tích thờng là cực kì khó khăn, còn phơngpháp phần tử hữu hạn xuất phát từ việc nghiên cứu đặc tính cơ học của phần tử hữuhạn về độ lớn, cuối cùng nhận đợc một hệ phơng trình đại số về mối quan hệ tảitrọng – chuyển vị ở từng nút, dùng phơng pháp máy tính để tìm ẩn số chuyển vịcủa nút, từ đó tìm ra ứng suất và biến dạng của các phần tử Trong phạm vi của luậnvăn này, tác giả đi tìm hiểu về phơng pháp phần tử hữu hạn tính hệ thanh trên nền

đàn hồi

* u điểm của phơng pháp.

- Phơng pháp này xét đến toàn bộ quá trình thi công đào hố và chống giữ hố vàmối quan hệ giữa biến dạng của thanh chống hoặc neo với lực chống

- Đây là phơng pháp tính toán kết cấu tờng trong đất có tính thực dụng cao mà lại

đơn giản trong tính toán

* Nhợc điểm của phơng pháp.

- Phơng pháp phần tử hữu hạn để tính hệ thanh trên nền đàn hồi là một loại phơngpháp xây dựng trên mối quan hệ dựa trên tính chất đàn hồi tuyến tính của đất, do đótác động của đất vào tờng có thể biểu thị bằng một hệ thống lò xo đất giống nh mô

hình Winkler, nh vậy dới tác động của tải trọng, biến dạng của đất mềm là biếndạng phi tuyến vì nền đất có tính dẻo nhớt.

- Chuyển vị ngang của tờng chắn là nguyên nhân gây ra các sự cố của các côngtrình lân cận Tuy nhiên sự dịch chuyển của đất nền (lún và chuyển vị ngang) ở xungquanh hố móng là bài toán khá phức tạp vì nó bị ràng buộc bởi nhiều điều kiện nhtính chất đất nền, phơng pháp thi công, độ cứng của hệ chống đỡ Để tính toán sựchuyển dịch của đất quanh hố móng Caspe và Blowles đã đa ra phơng pháp bán kinhnghiệm để tính toán Sau khi tính đợc chuyển vị của tờng chắn Caspe và Blowles đãtính toán đa ra phơng pháp tính độ lún bề mặt của đất quanh hố móng

Nguyên nhân gây ra sự cố của các công trình lân cận chính là do sự chuyển vịngang của tờng, giải quyết vấn đề cơ bản này là khống chế chuyển vị ngang của t-ờng, trong đó độ cứng của tờng, hệ chống là một trong những yếu tố quan trọng ảnhhởng tới chuyển vị của tờng

II.3.6 Các phơng pháp tính toán cấu kiện bê tông ứng lực trớc

a) Phơng pháp tính theo ứng suất cho phép [4]

Theo phơng pháp này, BTƯLT đợc xem nh vật liệu đàn hồi Bê tông vốn là mộtvật liệu chịu nén tốt nhng chịu kéo rất kém Thông qua ứng lực trớc (ƯLT), trong bêtông sẽ hạn chế đáng kể sự xuất hiện vết nứt, nh vậy bê tông làm việc gần nh vật liệu

đàn hồi Trong giai đoạn sử dụng, các ứng suất, biến dạng và chuyển vị của cấu kiệnkhi chịu ứng lực trớc và ngoại lực đợc xem xét riêng rẽ và có thể áp dụng đợcnguyên lý cộng tác dụng

b) Phơng pháp tính theo trạng thái giới hạn [4]

Đây là quan niệm coi bê tông ƯLT nh là một sự kết hợp giữa cốt thép và bê tônggiống nh BTCT, trong đó cốt thép chịu kéo, bê tông chịu nén tạo nên một cặp ngẫulực kháng lại momen uốn do tải trọng ngoài gây ra

Ngay từ giai đoạn căng thép, do nhiều nguyên nhân, ứng suất trong cốt căng sẽ

giảm đi từ từ theo thời gian Bởi vậy trong tính toán các kết cấu bê tông ƯLT, tr ớctiên phải xác định các giá trị tổn hao ứng suất trong cốt căng

Theo tiêu chuẩn hiện hành có 10 loại tổn hao ứng suất với ký hiệu từ 1 đến 10.Trong phạm vi luận văn này chỉ sử dụng công nghệ căng trớc nên sẽ không xét toàn

bộ các tổn hao này

a) Do tính chùng của cốt thép khi căng trên bệ ch

Hiện tợng chùng ứng suất là hiện tợng ứng suất ban đầu trong cốt thép ứng lực

tr-ớc giảm bớt theo thời gian trong khi chiều dài của cốt thép vẫn giữ nguyên không

đổi Khi căng theo phơng pháp cơ học:

+) Đối với sợi thép:

b) Do sự chênh lệch nhiệt độ giữa cốt thép và thiết bị căng nh

+) Đối với bê tông cấp từ B15 đến B40:

l1 - biến dạng của êcu hay các bản đệm, lấy bằng 1mm;

l2 - biến dạng của neo hình cốc, êcu neo, lấy bằng 1mm;

l – chiều dài cốt thép dự ứng lực trớc (một sợi), hoặc cấu kiện, mm d) Do biến dạng của khuôn thép khi chế tạo kh

Khi thiếu các số liệu về công nghệ chế tạo và kết cấu khuôn, hao tổn do biếndạng khuôn lấy bằng 30Mpa

e) Do từ biến nhanh ban đầu của bê tông tbn

Đối với bê tông khô cứng tự nhiên:

f) Do co ngót của bê tông co

Lấy theo bảng tra

g) Do từ biến của bê tông xảy ra sau một quá trình chịu nén lâu dài tb