CÔNG TRÌNH BÃI ĐẬU XE NGẦM (ĐÀO HỞ)

Thực trạng đậu xe dưới lòng đường vẫn đang phổ biến ở các thành phố lớnCó thể nói rằng, trong hoạt động xây dựng, cải tạo và phát triển đô thị, đặc biệt đối với các đô thị lớn của Việt N

TIỂU LUẬN NHÓM 3

ĐỀ TÀI 3: CÔNG TRÌNH BÃI ĐẬU XE NGẦM (ĐÀO HỞ)

PHẦN I: MỞ ĐẦU:

1/ Tính cấp thiết của đề tài:

Tại Việt Nam, trong những năm gần đây, tốc độ đô thị hoá của nước ta ngày càng nhanh, hệ thống đô thị phát triển cả về số lượng, chất lượng và quy mô; đặc biệt là ở các đô thị lớn nhanh TP Hồ Chí Minh, Hà Nội và Đà Nẵng Tốc độ phát triển nóng đã tạo các áp lực về hạ tầng đô thị, về nhà ở – văn phòng, giao thông đô thị

và không gian công cộng trong đô thị Quỹ đất bề mặt của các đô thị lớn đã ở tình trạng gần như cạn kiệt, các không gian xanh, không gian công cộng ngày một thu hẹp, khiến người dân đô thị ngày một cảm thấy bức bối Những điều này cộng với nhu cầu

về tính văn minh, hiện đại và mỹ quan đô thị đã và đang đòi hỏi việc phát triển phải hướng đến khả năng tận dụng, phát triển song song cả về chiều cao lẫn chiều sâu của

đô thị Trong đó, vấn đề chiều cao đô thị đã được chú ý phát triển trong mấy năm gần đây, nhưng vấn đề chiều sâu, vấn đề không gian ngầm thì dường như vẫn chưa hề được chú ý Những điều này dẫn đến một thực trạng hết sức bất cập trong vấn đề phát triển không gian ngầm đô thị – một xu thế tất yếu mà chúng ta phải tính toán đến

Trang 1/52

Thiếu bãi đỗ, ôtô ở Hà Nội đỗ tràn lên vỉa hè Ảnh: Tiến Dũng

Ôtô đỗ trên nhiều tuyến phố ảnh hưởng đến giao thông Ảnh: Tiến Dũng.

Trang 2/52

Thực trạng đậu xe dưới lòng đường vẫn đang phổ biến ở các thành phố lớn

Có thể nói rằng, trong hoạt động xây dựng, cải tạo và phát triển đô thị, đặc biệt đối với các đô thị lớn của Việt Nam hiện nay, chúng ta luôn luôn phải có sự kết hợp chặt chẽ và hữu cơ giữa các công trình trên mặt đất và công trình được xây dựng dưới mặt đất Sử dụng, khai thác không gian ngầm có hiệu quả, tiết kiệm đất đai cũng như bố trí hợp lý các công trình dưới mặt đất góp phần thúc đẩy quá trình phát triển đô thị, nâng cao chất lượng sống của cư dân đô thị; Nó góp phần tạo nên sự hợp

lý hơn của quy hoạch tổng mặt bằng xây dựng đô thị; Giúp sử dụng hợp lý, tiết kiệm

và hiệu quả quỹ đất xây dựng đô thị để xây dựng nhà ở, xây dựng các công trình phục

vụ lợi ích công cộng, các công trình hạ tầng kỹ thuật đô thị, đặc biệt các công trình giao thông ngầm (tuyến, nhà ga, bãi đỗ xe, hầm cho người đi bộ… ) trong đô thị; Góp phần bảo vệ môi trường, sinh thái đô thị

Trang 3/52

Phối cảnh bãi đỗ xe cao tầng trên đường Nguyễn Công Hoan, với thiết kế 4 tầng, sức chứa 255 chỗ đỗ ô tô, vốn đầu tư 65 tỷ đồng, dùng công nghệ của Nhật Bản.

Phối cảnh bãi đỗ xe cao tầng trên đường Trần Nhật Duật, với thiết kế 4 tầng, sức chứa 103 chỗ đỗ ô tô, vốn đầu tư 25 tỷ đồng, dùng công nghệ của Nhật Bản

Trang 4/52

Các bãi xe tự động được xem là giải pháp tối ưu giải quyết vấn nạn thiếu chỗ đậu xe hiện nay?

Với tốc độ tăng dân số như hiện nay, diện tích quỹ đất dành cho xây dựng các công trình phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt công cộng đã giảm dần Do đó diện tích dùng để xây dựng các bãi đỗ xe là vô cùng ít so với mật độ xe ô tô đang tăng nhanh do thu nhập của người dân tăng nhanh Do vậy việc xây dựng các bãi đỗ xe ngầm là vô cùng cần thiết so với nhu cầu sở hữu xe ô tô riêng như hiện nay ở các đô thị lớn Việc xây dựng bãi đỗ xe ngầm cũng góp phần tăng thêm cảnh quan đô thị vốn đang bề bộn

ở các đô thị lớn của Việt Nam hiện nay

2/ Tình hình nghiên cứu đề tài:

Ơ các thành phố lớn của Singapore, Trung Quốc và Hồng Kông đã xây dựng các bãi đỗ xe ngầm tứ rất lâu Ở Việt Nam cũng manh nha xây dựng các bãi đỗ xe ngầm ở các thành phố lớn như TP Hồ Chí Minh: 08 dự án, Hà Nội: 03 dự án , Đà Nẵng: 03 dự án như Bãi đỗ xe ngầm công viên Lê Văn Tám TP Hồ Chí Minh, Bãi đỗ

xe ngầm tại khu vực Cung văn hóa Hữu Nghị TP Hà Nội, Song do một số điều kiện khách quan cũng như nguồn vốn đầu tư mà các dự án trên chưa được thực hiện

Trang 5/52

Quy hoạch chi tiết bãi đỗ xe ngầm tại khu vực công viên 29/3 TP Đà Nẵng

3/ Mục đích, nhiệm vụ:

Mục đích: hệ thống hóa các cơ sở lý thuyết liên quan đến tính toán thi công bãi đậu xe ngầm bằng phương pháp đào hở

Trang 6/52

Tiểu luận tập trung nghiên cứu nội dung như sau:

1 Trình bày giới thiệu về loại công trình ngầm thiết kế (đào kín hoặc đào hở)

2 Các số liệu khảo sát địa chất phục vụ cho công trình ngầm

3 Tính toán áp lực tác dụng lên CTN

4 Mô phỏng bằng Plaxis – phân tích ổn định và biến dạng

5 Các phương án thi công

6 Tính toán ổn định CTN

4/ Ý nghĩa về lý luận, về mặt khoa học, và đối với thực tiễn:

Tiểu luận giúp hệ thống các cơ sở lý thuyết, biện pháp thi công các công trình ngầm bằng phương pháp đào hở Giới thiệu một số phương pháp khả thi để tính toán

và thi công các công trình ngầm bằng phương pháp đào hở trong điều kiện địa chất ở Việt Nam

Xây dựng các bãi đỗ xe ngầm góp phần tạo cảnh quan đô thị đẹp hơn, bảo vệ môi trường, và là xu hướng phát triển của các đô thị hiện đại

Trang 7/52

PHẦN II: NỘI DUNG:

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH NGẦM THIẾT KẾ

Bãi đậu xe ngầm khu trung tâm hành chính tỉnh Tiền Giang tọa lạc tại số 02 Lê Văn Phẩm Phường 6 TP Mỹ Tho, tỉnh Tiền Giang Dự án đáp ứng nhu cầu đỗ xe ô tô của trung tâm thành phố Mỹ Tho đặc biệt là Khu hành chính có nhiều khách vãng lai

sử dụng phương tiện đi lại là ô tô, khán giả sân bóng đá trung tâm của tỉnh, khách du lịch của thành phố

- Diện tích xây dựng: 7.500m2

- Công suất khai thác: 156 xe ô tô

Công trình bãi đậu xe ngầm khu trung tâm hành chính tỉnh Tiền Giang được thiết kế thi công theo phương pháp đào hở do vị trí khu vực xây dựng tương đối rộng

Trang 8/52

7 8

CHƯƠNG 2: ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH PHỤC VỤ CHO THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH NGẦM

I/ KHÁI QUÁT CHUNG VỀ KHU VỰC KHẢO SÁT:

I.1 Vị trí địa lý tự nhiên:

Bãi xe được xây dựng mới tại vị trí ngã tư giao lộ Lê Văn Phẩm và Quốc lộ 60 thuộc Phường 6 thành phố Mỹ Tho, tỉnh Tiền Giang

I.2 Khí hậu

Công trình xây dựng nằm trong khu vực ĐBSCL là vùng có khí hậu nhiệt đới gió mùa Hàng năm khí hậu được chia làm hai mùa khá rõ rệt Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11, mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau Mùa mưa trùng với mùa gió theo hướng Tây Nam từ vịnh Thái Lan thổi vào lục địa

I.2.1 Nhiệt độ không khí (Trạm Mỹ Tho)

Nhiệt độ trung bình năm: 27,90 OC

Nhiệt độ trung bình cao nhất: 29,50 OC

Nhiệt độ trung bình thấp nhất: 26,00 OC

Nhiệt độ cao tuyệt đối: 38,90 OC (Tháng 5-1930)

Nhiệt độ thấp tuyệt đối: 14,90 OC (Tháng 1-1963)

I.2.2 Mưa và phân bố mưa

Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10 chiếm tới 90% tổng lượng mưa cả năm Lượng mưa trung bình năm khoảng 1500mm Lượng mưa cao nhất vào năm 1997 đạt 3986mm Số ngày mưa trong năm khoảng 109 ngày Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau

Lượng mưa lớn nhất: 3986mm (Tháng 7-1977)

Lượng mưa trung bình năm: 1500mm

Năm mưa nhiều nhất: 1922mm (1982)

Năm mưa ít nhất: 867mm (1957)

I.2.3 Độ ẩm không khí

Độ ẩm không khí trong vùng thay đổi theo các mùa trong năm, mùa mưa độ ẩm cao, mùa khô độ ẩm thấp Nhìn chung độ ẩm không khí tương đối ổn định trong năm Theo tài liệu khí tượng trung bình nhiều năm cho kết quả

Độ ẩm trung bình các tháng trong năm: 79,2%

Độ ẩm trung bình trong các tháng mùa mưa: 80%

Độ ẩm trung bình trong các tháng mùa khô: 70%

I.2.4 Lượng bốc hơi

Lượng bốc hơi chịu sự chi phối của nhiều yếu tố như: Nhiệt độ, độ ẩm, nắng, vận tốc gió và cũng thay đổi theo mùa rõ rệt

Nhìn chung lượng bốc hơi trong vùng tương đối lớn, bình quân năm là 1168

mm Trong đó 6 tháng mùa khô lượng bốc hơi đạt 939 mm, còn 6 tháng mùa mưa chỉ

277 mm

Lượng bốc hơi cao nhất: 10,5 mm/ngày (Tháng 3)

Lượng bốc hơi thấp nhất: 0,4mm/ngày (Tháng 10)

Lượng bốc hơi trung bình: 3,2mm/ngày

Trang 11/52

I.2.5 Chế độ gió

Có ba hướng gió chính:

- Gió Đông Nam từ tháng 01 đến tháng 4, tốc độ gió 2 - 5m/s

- Gió Tây Nam và gió Nam từ tháng 5 đến tháng 9, tốc độ gió 1 - 5m/s

- Hướng gió Tây thường có vào tháng 8, tốc độ gió 5 - 6m/s

I.3 Giao thông

+ Đường bộ: Công trình nằm trong nội ô thị trấn nên việc vận chuyển và tập kết thiết bị đến công trình khá thuận lợi

I.4 Dân cư - kinh tế:

Dân cư trong địa phương là người kinh, nền kinh tế chủ yếu là buôn bán nhỏ và lao đông, nông nghiệp, trồng trọt Đời sống ít phát triển

II ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH :

Đây là công trình được xây dựng trên nền đất có đặc thù trong vùng của cấu trúc trũng Cửu Long Đất nền thường là các trầm tích hiện đại, có tuổi Holocen, Pleixtocen bao gồm các loại đất mềm rời, mềm dính có trạng thái đặc biệt

Dưới đây chúng tôi sẽ mô tả các đặc điểm địa hình, địa mạo, địa chất, địa chất thủy văn trong khu vực

II.1 Đặc điểm địa hình địa mạo:

Diện tích xây dựng trong kiểu địa hình trũng tích tụ hổn hợp sông đầm lầy, sông biển khá bằng phẳng, độ cao trung bình từ khoảng 1,00 đến 1,50 mét Xung quanh dân khá thưa thớt

II.2 Đặc điểm địa chất khu vực:

Qua các các lỗ khoan nghiên cứu về nước dưới đất trong vùng đã cho biết địa tầng của khu vực từ dưới lên như sau: (Mô tả sơ lược trầm tích QI-IIIvà QIV)

- Trầm tích thống Pleistocen (QI-III) các trầm tích này không phân chia, được phân bố khắp khu vực, chúng phủ trực tiếp lên bề mặt phong hóa của các trầm tích Pliocen Thành phần trầm tích Pleistocen là cát chứa sạn sỏi, xen kẹp cát trầm tích hạt mịn thường có cấu tạo phân lớp mỏng Chiều sâu trung bình 120m

- Trầm tích trẻ, hiện đại Thống Holocen (QIV), phủ kín toàn bộ bề mặt khu vực

có chiều dày từ 10 đến 15 mét bao gồm các thành tạo có nguồn gốc sông, sông biển, sông đầm lầy và đầm lầy hỗn hợp cấu thành từ bột, sét và các di tích động thực vật phân hủy và bán phân hủy

II.3 Đặc điểm địa chất thủy văn:

II.3.1/ Nước mặt:

Phạm vi khảo sát có nhiều sông rạch nên nước mặt chịu ảnh hưởng của thủy triều lên xuống Thủy triều ở đây là bán nhật triều không đều, mỗi ngày có 2 lần triều cường và 2 lần triều kém Nước trên sông và các kênh rạch xung quanh nhạt quanh năm

II.3.2/ Nước dưới đất:

Ở đây, chúng tôi chỉ đánh gía nước ngầm tầng nông là đối tượng tác động trực tiếp tới nền móng công trình Nước ngầm tầng nông tại đây tồn tại trong các trầm tích Holocen (QIV) và Pleistocen muộn (QIII) Các trầm tích này chủ yếu là hạt mịn, nên có

Trang 12/52

mức độ chứa nước nghèo Nguồn bổ cập chủ yếu từ nước mặt và nước mưa trực tiếp ngấm xuống.

II.4 Quá trình địa chất động lực công trình:

II.4.1/ Hiện tượng động đất:

Theo tài liệu quan trắc nghiệm nhiều năm của Trung tâm Vật lý địa cầu thuộc viện khoa học Việt Nam thì vùng đồng bằng sông Cửu Long khá bình ổn, và nếu có động đất thì thường không quá cấp 6 (theo thang 12 cấp) Cũng cần lưu ý rằng đây là vùng có tầng đất yếu dày, Mực nước ngầm dao động theo triều, nên nếu có động đất cấp 6 thì hậu quả tương đương cấp 7 Các quá trình thường liên quan đến hoạt động tân kiến tạo của các đức gãy theo kinh tuyến chạy qua vùng

II.4.2/ Quá trình địa chất ngoại sinh:

Công trình không ảnh hưởng đến quá trình địa chất ngọai sinh như sóng và dòng chảy

Trang 13/52

Công trình: Bãi xe ngầm Khu HC tỉnh Tiền Giang

Vị trí: 02 Lê Văn Phẩm P6 TP Mỹ Tho, Tiền Giang

II/ CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT VÀ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CÁC LỚP ĐẤT

Từ các quan sát thực địa, mô tả đất đá tại hố khoan TP, và các tài liệu thu thập đã có trong vùng kết hợp với kết quả phân tích mẫu cơ lý, chúng tôi nhận thấy: khu vực khảo sát (tính đến độ sâu khảo sát được của hố khoan) là cấu tạo bỡi các trầm tích QIV & QIII và chia thành 06 lớp đất từ trên xuống như sau :

Lớp 1: Sét màu xám đen Trạng thái chảy, chiều dày lớp 4,20 mét, chiều sâu

chân lớp -4,55 mét MNN cách mặt đất tự nhiên 1m Kết quả thí nghiệm 02 mẫu cơ lý cho các đặc trưng chủ yếu như sau:

Lớp 2: Bùn sét pha màu xám, xám đen, chiều dày lớp 2,80 mét, chiều sâu chân

lớp -7,35 mét Kết quả thí nghiệm 01 mẫu cơ lý cho các đặc trưng chủ yếu như sau:

Lớp 3: Cát hạt nhỏ, cát bụi màu xám đen Trạng thái chặt vừa; chiều dày lớp

7,80 mét, chiều sâu chân lớp -15,15 mét Kết quả thí nghiệm 4 mẫu cơ lý cho các đặc trưng chủ yếu như sau:

Thành phần hạt

Hàm lượng hạt sạn: 0,0%

Hàm lượng hạt cát: 92,7%

Trang 15/52

Lớp 4: Sét màu, xám vàng, xám trắng Trạng thái dẻo cứng, chiều dày lớp 2,10

mét, chiều sâu chân lớp -17,25 mét; Kết quả thí nghiệm 1 mẫu cơ lý cho các đặc trưng chủ yếu như sau

Lớp 5: Sét pha màu xám vàng, xám trắng Trạng thái dẻo cứng; chiều dày lớp

6,10 mét, chiều chân lớp -23,35 mét Kết quả thí nghiệm 03 mẫu cơ lý cho các đặc trưng chủ yếu như sau:

Lớp 6: Sét màu xám vàng, xám trắng Trạng thái dẻo cứng, Chiều dày lớp

>2,00 mét, chiều sâu mái lớp – 25,35 mét Kết quả thí nghiệm 01 mẫu cơ lý cho các đặc trưng chủ yếu như sau:

III/ LỰA CHỌN ĐỘ SÂU THIẾT KẾ BÃI ĐẬU XE:

Theo kết quả báo cáo trên thì lớp 3 là lớp cát có khả năng chịu lực tương đối tốt, lớp này nằm ở cao trình -7 mét tính từ mặt đất tự nhiên, chiều dày lớp này là 7.8 mét, do

đó đáy công trình thiết kế được đặt trong lớp này là thích hợp nhất Vì vậy, chọn độ sâu thiết kế đáy công trình là -7.6 mét tính từ mặt đất tự nhiên

Trang 17/52

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN ÁP LỰC TÁC DỤNG LÊN KẾT CẤU NGẦM

3.1 Tải trọng tác dụng lên công trình ngầm

Kết cấu ngầm đặt không sâu lắm, trong điều kiện TP chịu tác dụng của các loại tải trọng ngoài khác nhau Sự phân bố và cường độ áp lực phụ thuộc rất nhiều vào: chiều sâu đặt hầm, điều kiện địa chất, đặc trưng xây dựng, giao thông trên mặt đất, công nghệ thi công…

Tất cả những tải trọng đã nêu trên có thể chia làm tải trọng thường xuyên

và tải trọng tức thời theo bảng sau;

Bảng 3.1 Các tải trọng tác dụng lên công trình ngầm

Tất cả những tải trọng nêu trên có thể tác dụng lên kết cấu ngầm cùng một lúc hoặc vào những thời điểm khác nhau, do đó những tổ hợp tải trọng khác nhau sẽ gây những trạng thái ứng suất khác nhau

Để tính toán kết cấu ngầm cần phải xác định những tổ hợp tải trọng bất lợi nhất (tổ hợp cơ bản và tổ hợp đặt biệt) và chúng sẽ gây ra nội lực bất lợi nhất trong kết cấu

3.2 Tổng quan về các phương hướng tính áp lực địa tầng

Các nghiên cứu lý thuyết về áp lực đất lên công trình ngầm theo một số tài liệu

có thể phân làm các hướng sau:

-Hướng thứ nhất: giả thuyết môi trường đất đá xung quanh công trình là rời rạc

và dùng cơ sở lý thuyết sức bền vật liệu để tính toán, là những công trình nghiên cứu

áp lực đất không xét đến sự làm việc tương hỗ của khối địa tầng, dựa trên các số liệu thực tế và những giả thiết riêng cùng với việc sử dụng các phương pháp tính công trình một cách gần đúng như các giả thuyết tạo vòm (M.M.Protodiakonov và một số

Trang 18/52

người khác) Giả thuyết về các lăng thể trượt ở bên vách hang, các giả thuyết dựa trên những quan sát thực tế cũng như các giả thuyết dựa trên việc sử dụng lý thuyết đàn hồi

và cơ học kết cấu

-Theo N.X Bulưtrov thì các giả thuyết kể trên có thể quy về các giả thuyết về lực Trong các giả thuyết này xem tải trọng như là trọng lượng của một thể tích đất đá nào đó trong phạm vi vòm hay lăng thể trượt

-Giả thuyết về sự tạo vòm trên nóc hang lần đầu tiên do V.Ritter đề xuất, sau

đó tiếp tục phát triển trong các công trình của M.M Protodiakonov, P.M Simbarevis Cơ sở của thuyết tạo vòm Protodiakonov là đất đá không thể xem là vật thể liên tục do các khe nứt lớn nhỏ chia cắt địa tầng ra làm các khối to nhỏ khác nhau

Do đó, đối với địa tầng có thể áp dụng các quy luật của vật thể rời với một giá trị số hiệu chỉnh nào đó để xét lực dính của các hạt Để tính lực dính ông dựa vào hệ số ma sát quy ước hay còn gọi là hệ số kiên cố f Bằng cách xử lý các số liệu thực tế cho phép tác giả đưa ra giá trị của hệ số ma sát quy ước của các địa tầng khác nhau

-Hướng thứ hai: giả thuyết môi trường đất đá là liên tục, đàn hồi và dùng cơ sở

lý thuyết đàn hồi và lý thuyết dẻo đế tính toán Người đặt nền móng cho hướng này vào năm 1938 là R Phenher Những công trình nghiên cứu áp lực đất có xét đến sự tương hỗ của khối địa tầng Trong các công trình này, các phương pháp của cơ học môi trường liên tục: môi trường đàn hồi đẳng hướng được áp dụng, môi trường giả đẳng hướng, môi trường đàn dẻo, môi trường đàn nhớt và dẻo nhớt, môi trường đàn hồi di truyền đẳng hướng

-Hướng thứ ba: quan niệm môi trường đất đá là môi trường lưu biến, quan niệm kết cấu vỏ cũng là một bộ phận của môi trường và dùng cơ sở của lý thuyết từ biến để xác định trạng thái ứng suất và biến dạng ; nghiên cứu áp lực đất với quan điểm mất

ổn định của khối địa tầng kèm theo sự thay đổi hình dạng của hang

3.3 Trạng thái ứng suất đất đá trước khi xây dựng công trình ngầm

Trước khi xây dựng công trình ngầm, nền đất đá tồn tại ứng suất ban đầu do ảnh hưởng của quá trình kiến tạo vỏ trái đất, do ảnh hưởng của trọng lượng bản thân

và của nước ngầm

Ứng suất ban đầu của nền đất phát sinh là do trọng lượng bản thân Xét phân tố đất tại độ sâu z có ứng suất thẳng đứng là:

Và ứng suất theo phương ngang:

Nếu quan niệm môi trường đất đá là đàn hồi thì biến dạng theo phương ngang x:

Tổng biến dạng theo phương ngang x là

Vì ở trạng thái ban đầu εο x =0 nên ta có:

Trang 19/52

Trong đó:

3.4 Tính toán áp lực địa tầng theo quan điểm môi trường rời rạc

3.4.1 Tính toán áp lực thẳng đứng lên công trình ngầm thi công bằng phương pháp đào hở

Giả thuyết chấp nhận áp lực gia tăng với chiều sâu đặt công trình ngầm

Theo giả thuyết của nhà địa chất A Heim, trên vòm công trình ngầm có tác dụng một áp lực do trọng lượng cột đất có chiều cao bằng chiều sâu đặt công trình Cột đất này giới hạn bởcác mặt phẳng thẳng đứng tiếp xúc với hang (hình 2.1)

Hình 3.1 Sơ đồ áp lực do trọng lượng của cột đất

Áp lực thẳng đứng ở đỉnh hang bằng trọng lượng cột đất có chiều cao H:

P =γΗ (3.1)

Trong đó: γ – trọng lượng riêng của đất

H – chiều sâu từ mặt đất đến đỉnh công trình

Trang 20/52

Đây là giả thuyết hết sức đơn giản và do đó chỉ áp dụng cho những trường hợp khi hầm đặt trong đất bão hoà nước, khi áp lực đất gần như áp lực thuỷ tĩnh hoặc khi công trình đặt rất nông Trong hầu hết các trường hợp khác, áp lực tính theo giả thuyết này cho kết quả lớn hơn thực tế rất nhiều Thực vậy, do hiệu ứng vòm và tương tác với khối đất đá kế cận nên áp lực thực tế tác dụng lên nóc công trình ngầm có giá trị bé hơn đáng kể so với giá trị ứng suất do trọng lượng bản thân cột đất

P =γΗ

Áp lực địa tầng tính toán theo Phorkhemier

Phorkhemier chấp nhận rằng áp lực bằng cột đất dạng lăng trụ thẳng đứng có đáy dựa lên nóc công trình (hang, hầm) Khi đó, trọng lượng cột đất Q bị giảm yếu do lực ma sát phát sinh trên các mặt phẳng trượt thẳng đứng (hình 3.2)

Lăng thể trượt tạo nên bởi hiệu của các lực ngược nhau, nếu như biểu diễn hiệu này thành một hàm theo chiều cao lăng trụ thì giá trị của hàm sẽ đạt cực trị với một chiều cao xác định của lăng trụ Cực trị của p sẽ bằng:

22

1+

= , khi đó:

2

b k

p=γ (3.3)

Trong đó ϕ là góc ma sát trong của đất, b là bề rộng công trình

Giả thuyết của Phorkheimer được xây dựng với điều kiện là cát rất rời rạc với giá trị góc α sát trong ϕ ≤ 25o

Áp lực địa tầng tính toán theo Birbaumer

Trang 21/52(3.2)

Tác giả đưa ra hai công thức khác nhau để xác định áp lực địa tầng lên vì chống hang

Trong một công thức, tác giả xuất phát từ giả thuyết như của Phorkheimer nhưng nhấn mạnh rằng trong trường hợp khối địa tầng chặt thì nó sẽ trượt tạo thành hai mặt nghiêng và do đó đè lên vì chống sẽ là trọng lượng của một khối dạng nêm (hình 3.3)

Áp lực trong trường hợp này được xác định như sau:

(3.4)

(3.5)

Hình 3.3 Sơ đồ lực tác dụng lên công trình theo Birbaumer

Đối với địa tầng kết cấu chặt, giá trị áp lực địa tầng xác định theo công thức (3.5) của Birbaumer sẽ nhỏ hơn 2, 3 lần so với kết quả đề nghị của Phorkheimer

Theo Engexxer, đối với đất cát, kết quả này khá gần với kết quả nhận được bằng thực nghiệm

Để xác định áp lực lên vì chống, Birbaumer đề nghị một công thức khác đưa ra trên cơ sở lập luận sau:

Trang 22/52

Hình 3.4 Sơ đồ xác định áp lực đất lên công trình theo Birb

Ở gần hầm đã đào trong khối địa tầng tạo thành 2 mặt trượt AM và BN nghiêng một góc so với phương ngang α=450 +ϕ/2

Trọng lượng cột đất IKGH sau khi giảm yếu bởi các lực ma sát, được xác

Việc áp dụng các công thức (3.10) và (3.11) bị hạn chế với những hầm đặt rất sâu trong đất rời

(có α trung bình bằng 30o)

Giả thuyết dựa trên nguyên tắc tụt của cột địa tầng

Khảo sát trường hợp dựa trên giả thuyết tụt của cột địa tầng có chiều cao H kể

từ đỉnh công trình giới hạn bởi 2 mặt phẳng song song (hình 3.5) Trong phạm vi khối địa tầng tách ra có khảo sát các biến dạng không đàn hồi, còn trong khối địa tầng xung quanh xem như không có biến dạng Sơ đồ này được nghiên cứu bởi Zanxen và Ketter

Hình 3.5 Sơ đồ xác định áp lực địa tầng lên công trình

theo nguyên tắc cụt của cột địa tầng

Tách một lớp đất của cột ở độ sâu Z, chiều dày dz, tiến hành khảo sát cân bằng của lớp đất

Tổng hình chiếu của tất cả các lực lên trục thẳng đứng:

Trong đó: dQ là trọng lượng của lớp đất dz

Thay dQ, τ và σn vào phương trình (3.16), ta có:

Trang 24/52

Tích phân (3.13) ta được:

Điều kiện biên H = 0  áp lực p = 0 Nghiệm nhận được:

Khi tăng chiều H = ∞, tải trọng p sẽ tiến tới một giá trị không đổi:

Trong môi trường rời (K=0), tải trọng p từ phía cột đất tụt xuống sẽ là:

A/ Kết quả tính toán:

Giả thuyết chấp nhận áp lực gia tăng với chiều sâu đặt công trình ngầm

Theo giả thuyết của nhà địa chất A Heim

Theo Engexxer, đối với đất cát, kết quả này khá gần với kết quả nhận được bằng thực nghiệm.

Hình 3.4 Sơ đồ xác định áp lực đất lên công trình theo Birb

Ở gần hầm đã đào trong khối địa tầng tạo thành 2 mặt trượt AM và BN nghiêng một góc so với phương ngang α=450 +ϕ/2 = 560

Trọng lượng cột đất IKGH sau khi giảm yếu bởi các lực ma sát, được xác