bài giảng mái dốc và hố đào

... Tổng quan hố đào I.1 Khái niệm, phân loại Hố đào dạng cơng trình thường gặp thực tế xây dựng, có hai dạng hố đào sau: - Hố đào ngầm: cơng trình đào lòng đất, đường hầm, mỏ - Hố đào hở : hố móng,... cân cho phép Độ dốc lớn thành hố móng có độ sâu ≤ 5m (khơng có chống đỡ) Độ dốc thành hố Đào đất máy Tên loại đất Đào đất nhân cơng đổ đất lên miệng hố Đào đất đáy Đào đất bờ hố móng máng móng... cấu chắn giữ, lớp đất phía thường tốt mái dốc khơng bị ổn định trượt + Hố đào có kết cấu chắn giữ: Chiều sâu hố đào lớn, cần sử dụng kết cấu chắn giữ thành hố đào để tránh tượng lún sụt thành trượt

Trường đại học xây dựng

Bộ môn cơ học đất

=======================

Bài giảng Mái dốc và hố đào

TS NGUYỄN ĐèNH TIẾN

BỘ MễN CƠ HỌC ĐẤT NỀN MểNG

Hố đào.

I. Tổng quan về hố đào .

I.1 Khỏi niệm, phõn loại.

Hố đào là dạng cụng trỡnh thường gặp trong

như sau:

- Hố đào ngầm: là cỏc cụng trỡnh được đào dưới

- Hố đào hở : hố múng, kờnh mương, sụng đào

cú kết cấu chắn giữ hoặc khụng cú kết cấu chắn

+ Hố đào nụng và sõu: Khụng cú quythi cụng và cụng trỡnh lõn cận…, khi thi cụng

hưởng đến xung quanh thỡ gọi là sõu

+ Hố đào khụng cú kết cấu chắn giữ

hố múng nụng, loại này khụng cần kết cấu chắn

vậy mỏi dốc sẽ khụng bị mất ổn định trượt

+ Hố đào cú kết cấu chắn giữ: Chiềucấu chắn giữ thành hố đào để trỏnh hiện tượng

Hố đào.

trong thực tế xõy dựng, cú hai dạng hố đào

dưới lũng đất, như đường hầm, mỏ

đào Thường phõn ra cỏc loại sõu, nụng,chắn giữ

quy định chớnh xỏc phụ thuộc vào điều kiệnụng khối đất cú khả năng trượt ngang ảnh

giữ: hố đào tự nhiờn thường gặp ở nhữngchắn giữ, lớp đất phớa trờn thường tốt vỡ

Chiều sõu hố đào lớn, cần sử dụng cỏc kếttượng lỳn sụt thành và trượt

I.3 C¸c sù cè cã thÓ xÈy ra trong qu¸ tr×nh thi c«ng

Hiện tượng lún sụt bề mặt do chấn động, do đào đất, do hút nước ngầm, thu hồi tường

Ngược lại thi công tường đúc sẵn chiếm đất

Hiện tượng đẩy bùng hố móng: Khi đáy hố móng nằm dưới mực nước ngầm do chênh

lệch cột áp lực nước xuất hiện áp lực đẩy nâng hố móng Ngoài ra với đất rời dưới tác dụng của áp lực dòng nước các hạt nhỏ bị đẩy lên (hiện tượng sủi)

sụt thành hố móng

Hiện tượng mất ổn định thành hố đào: do ứng suất trong đất (do trọng lượng bản thân

của đất và tải trọng công trình lân cận gây ra) vượt quá giá trị giới hạn

các mặt trượt đẩy đất vào trong hố đào Nếu có tường cừ, xuất hiện áp lực đất tác dụng lên tường làm tường bị dịch chuyển, nếu hệ chống đỡ chịu lực hoặc do trượt sâuxung quanh bị biến dạng lớn

I.4 Néi dung tÝnh to¸n.

Thiết kế hố đào sâu là việc lựa chọn dạng hố đào, kết cấu chắn giữ để đ

cho đáy và thành hố đào, cho kết cấu chắn giữ, và công trình lân cận

thiết kế cần xác định rõ các vấn đề sau:

+ Xác định tải trọng tác dụng lên thành hố đào và kết cấu chắn giữ: bao gồm trọng

lượng bn thân khối đất bên thành hố đào, ti trọng các công trình lân cận

+ Lựa chọn và thiết kế kết cấu chắn giữ thành hố đào

Từ đó tính toán ổn định cục bộ và ổn định tổng thể thành hố đào, kết cấu chắn giữ

nh thi c«ng.

Hiện tượng lún sụt bề mặt do chấn động, do đào đất, do hút nước ngầm, thu hồi tường

Ngược lại thi công tường đúc sẵn chiếm đất bề mặt đất có xu hướng bị nâng lênHiện tượng đẩy bùng hố móng: Khi đáy hố móng nằm dưới mực nước ngầm do chênh

lệch cột áp lực nước xuất hiện áp lực đẩy nâng hố móng Ngoài ra với đất rời dưới tác dụng của áp lực dòng nước các hạt nhỏ bị đẩy lên (hiện tượng sủi) gây ra lún

Hiện tượng mất ổn định thành hố đào: do ứng suất trong đất (do trọng lượng bản thân

của đất và tải trọng công trình lân cận gây ra) vượt quá giá trị giới hạn  xuất hiện các mặt trượt đẩy đất vào trong hố đào Nếu có tường cừ, xuất hiện áp lực đất tác dụng lên tường làm tường bị dịch chuyển, nếu hệ chống đỡ chịu lực hoặc do trượt

Thiết kế hố đào sâu là việc lựa chọn dạng hố đào, kết cấu chắn giữ để đảm bảo ổn định

cho đáy và thành hố đào, cho kết cấu chắn giữ, và công trình lân cận Trước khi thiết kế cần xác định rõ các vấn đề sau:

i trọng tác dụng lên thành hố đào và kết cấu chắn giữ: bao gồm trọng lượng bn thân khối đất bên thành hố đào, ti trọng các công trình lân cận

+ Lựa chọn và thiết kế kết cấu chắn giữ thành hố đào

Từ đó tính toán ổn định cục bộ và ổn định tổng thể thành hố đào, kết cấu chắn giữ

Một số dạng kết cấu chắn giữ thành hố.Một số dạng kết cấu chắn giữ thành hố.

II Bảo vệ đáy hố đào.

- Đáy hố bị xáo trộn, hay ngập nước:

+ làm độ lún của nền phát triển;

+ giảm sức chịu tải của nền

Khi đào hố chừa lại 1 lớp 20 – 30cm, tiêu nước

Tại đáy móng xuất hiện, hiện tượng đẩy bùng

nước có áp phải tính toán, xử lý để: .t >  n.H

( H - chiều cao cột áp ), ví dụ tạo thêm áp

xuống, cải tạo đất dưới đáy hố, hút nước

chon thời điểm thi công

+ Chống đẩy bùng do sự hinh thành gradien

áp lựccách dùng

III. B¶o vÖ thµnh hè.

Chiều cao hố đào không cần chắn giữ

hgh = tg(450 +  /2 ) hay mỗi bậc đào hi= tg(

Nếu hm > hgh cần có các biện pháp chắn giữ ho

1- Đâo mái khi công trình lân cân cho phép

 n

c 4

Độ dốc lớn nhất của thành hố móng có độ sâu ≤

Tên loại đất Đào đất bằng nhân

công và đổ đất lên miệng hố

khi công trình lân cân cho phép

 n

c 67 , 2

sâu ≤ 5m (không có chống đỡ)

Độ dốc thành hố

Đào đất bằng máy Đào đất ở dưới đáy

hố móng

Đào đất ở trên bờ máng móng

Mái đất theo ch

Loại đất Độ chặt hoặc trạng thái

Đất đá sỏi

Chặt Chặt vừa Hơi chặt Đất bột Sr ≤ 0,5

Đất sét bột

Rắn chắc Rắn dẻo

Có thể nặn

Đất sét Rắn chắc

Rắn dẻo Đất sét tàn tích

Nham hoa cương

Rắn dẻo

Có thể nặn

Đất lấp tạp Phế thải xây dựng chặt

vừa hoặc chặt chắc Đất cát

t theo chất đất

Trị số độ dốc cho phép (tỉ số cao rộng) Dốc cao < 5m Dốc cao 5 - 10m

2- Biện pháp lót ván:

Ván gỗ  = 4-5cm, b = 20cm, l = 5-6m, gỗ tròn, cọc tre6m, gỗ tròn, cọc tre

3- Biện pháp tường cừ (chế tạo sẵn)

Tường cừ là một loại tường mềm đặc biệt, thường

sâu, chống thấm Tường giữ cho khối đất ổn

Ngoài việc giữ ổn định mái hố, còn ngăn nước

Các dạng phá hoại tường cừ

thường được dùng trong công trình hố đào

ổn định nhờ phần cắm sâu vào trong đất.nước

Các dạng phá hoại tường cừ

3.1 Phương pháp tính toán:

a Phương pháp gần đúng:

Cách 1:

Áp lực đất được tính toán gần đúng theo qui luật

phụ thuộc vào biến dạng của tường (phức

làm gần đúng như sau với giả thuyết:

- Bỏ qua trọng lượng tường

Với loại tường không có neo:

Thường sử dụng khi thi công trên bề mặt khó, khăn

Sơ đồ tính: Loại có một neo

Loại có nhiều neo: coi như dầm liên tục

Cách 2:

Coi tường gối lên đất tại nhiều điểm, khi tính toán tìm phản lực tại các gối tựa đàn hồi tương tự như bài toán dầm trên nền đàn hồi (Winkler) Hệ số nền thường tính theo các công thức của: Vesic, Zaviev, Terzaghi, hay theo kinh nghiệm

a

p

®iÓm neo

b Phương pháp số:

Nền đất và các kết cấu chắn giữ được mô hình

liên kết với nhau tại các nút Hiện nay đã có

giới phục vụ cho việc tính toán thiết kế hố

Taurent … các phần mềm này cho phép mô

tải trọng và các kết cấu chắn giữ… một cách

Lưới phần tử hữu hạn trong chương trình

Plaxis

Kết quả tìm được là: ứng suất, biến dạng của hố đào, và nội lực của kết cấu chắn giữ, từ đó tính toán cốt thép tường và kiểm tra biến dạng ngang, kiểm tra cường độ đất theo phương ngang…

hình hóa thành lưới các phần tử hữu hạn,

có nhiều chương trình trong nước và thế

hố đào sâu như: Plaxis, GeoSlope Office,

mô hình hóa sơ đồ tính, các điều kiện biên,cách thuận lợi

Hướng chuyển vị thành hố đào

Kết quả tìm được là: ứng suất, biến dạng của hố đào, và nội lực của kết cấu chắn giữ, từ đó tính toán cốt thép tường và kiểm tra biến dạng ngang, kiểm tra cường độ

Trong trường hợp hố đào có độ sâu lớn, việc giữ ổn định cho đất cần phải có tường dày chắn giữ, người ta có ba biện pháp sau:

+ Tường liên tục trong đất: có neo hoặc không neo

+ Tường bằng cọc khoan nhồi, có thể kết hợp neo

+ Tường bằng cọc trộn ximăng - đất hoặc kết hợp với cọc khoan nhồi

4- Biện pháp tường liên tục trong đất (thi công tại chỗ).

4-1 Tường vây

Biện pháp thi công: sau khi thi công xong tường thi

+ Trường hợp đào hết: thường áp dụng khi chiều sâu hố đào không lớn, mặt bằng thi công thuận lợi, thiết bị thi công đơn giản, xử lý chống thấm và mạng lưới kỹ thuật

tương đối thuận tiện

+ Tường liên tục trong đất: có neo hoặc không neo

+ Tường bằng cọc khoan nhồi, có thể kết hợp neo

đất hoặc kết hợp với cọc khoan nhồi

Biện pháp tường liên tục trong đất (thi công tại chỗ).

sau khi thi công xong tường thi+ Trường hợp đào hết: thường áp dụng khi chiều sâu hố đào không lớn, mặt bằng thi công thuận lợi, thiết bị thi công đơn giản, xử lý chống thấm và mạng lưới kỹ thuật

4-2- Tường bằng cọc khoan nhồi

Thường áp dụng cho các

công trình có chiều sâu lớn,

thi công thành dạng hàng liên

tục

4-3- Tường bằng cọc ximăng đất (TCVN 385

Nguyên lý gia cố: Mũi trộn khoan đến độ

ngược chiều đồng thời khuấy trộn với vật liệu

hợp đất trộn xẩy ra tác dụng hoá học giữa

đất có sức chịu tải cao hơn và độ rắn chắc của

Hàm lượng ximăng đất thường từ

8% - 12 %, khối lượng ximăng trộn

từ 80 – 120 kg/m3

Tường bằng cọc ximăng đất (TCVN 385-2006)

độ sâu gia cố  được rút lên khi xoayliệu gia cố  làm chặt đất trong cột, hỗnvật liệu gia cố và đất tạo thành các cộtcủa đất gia cố phát triển theo thời gian

Một số dạng bố trí hàng cột ximăng đất

Dạng tường liên tục

Dạng l ưới cách đều

- Phạm vi ứng dụng:

+ Tăng khả năng ổn định của hố đào: Có thể

+ Tăng khả năng chống trượt của mái dốc,

+ Giảm độ lún của công trình, tăng sức chịu

+ Giảm ảnh hưởng chấn động của công trình

+ Tránh hiện tượng biến loãng (liqufaction)

+ Cô lập phần đất bị ô nhiễm …

thể sử dụng kết hợp với tường cừ thép.khối đất đắp (đê, đập)

chịu tải của nền đất dưới chân công trình.trình lân cận

của đất rời

-Thi công cọc- ximăng đất

1) Phương pháp trộn khô (chất gia cố là

(độ bão hoà G = 50%-75 %) Lượng đất đẩy

2) Phương pháp trộn ướt: Dùng vữa ximăng,

đất khô Lượng đất trồi lên nhiều hơn Lượng

Một số hình ảnh thí nghiệm kiểm tra chất lượng cột ximăng đất

- Khi các cột được bố trí dạng lưới cách đều, tính toán thường xem như nền gia cố với các chỉ tiêu cơ lý quy đổi theo nguyên tắc trung bình có trọng số

-Khi bố trí thành dạng tường liên

tục: tính theo nguyên lý tường

chắn đất

- Kiểm tra trường hợp trượt sâu

tính theo nguyên lý mặt trượt trụ

Môdun biến dạng E, cường độ nền đất R, sức kháng

đất gia cố làm việc đồng thời với côngn trình (PP số)

Kiểm tra ổn định nền đường đắp gia

cố bằng cột ximăng đất

- Kiểm tra cường độ trên tiết diện nghiêng

- Kiểm tra cường độ trên tiết diện đứng

CÔNG TRÌNH TƯỜNG CHẮN CÓ NEO

Với những công trình tường chắn hố đào chiều sâu lớn, hay có công trình lân cận,

hợp giữ ổn định cho thành hố đào bằng hệ neo.

CÔNG TRÌNH TƯỜNG CHẮN CÓ NEO

Với những công trình tường chắn hố đào chiều sâu

lớn, hay có công trình lân cận, nếu được phép kết

hợp giữ ổn định cho thành hố đào bằng hệ neo.

Kè giữ đảo GENTING

Kè giữ đảo GENTING- (Mã lai)

KUALA LUMPUR CITY CENTRE

Paris, La Deùàense, A 14

CÁC LOẠI NEO.

CÁC BƯỚC THI CÔNG NEO

1 Chu ẩn bị mặt bằng và định vị thiết bị khoan

2.Kâoan lỗ neo

3 Đặt neo

4 Phụt vữa và chế tạo đầu neo.

5 Căng neo và kiểm tra lực căng.

6 Tâi công đà o tầng âầm

TÍNH TOÁN NEO

Trạng thái làm việc của neo: Neo là kết cấu chịu kéo (nhổ), sức kháng nhổ của neo trong đất, đá được xác định bằng các phương pháp sau:

TÍNH TOÁN NEO

II.5 Neo Trong đất.

II.5.1 Tiêu chuẩn và tài liệu.

- BS 8081:1998 - Neo trong đất - Nhà xuất bản XD

- Nguyễn Bá Kế - Thiết kế và thi công hố đào sâu

- Trần Văn Việt - Cẩm nang địa kỹ thuật - Nhà xuất bản XD.

II.5.2 Các nội dung chính.

- Cấu tạo neo:

• Neo gồm các thành phần: dây neo (cáp hoặc thanh thép), bầu neo, đầu neo

• Chiều sâu tối thiểu của bầu neo: ? 5 m khi neo trong đất, > 1,5m khi neo trong đá

• Khoảng cách giữa các hàng neo  3,5 b (b

khoảng cách neo  1,5 - 2 m, hố đào sâu hơn 5

khoảng cách các neo < 1/5 chiều dài neo thì phải tính đến ảnh hưởng tương tác giữa các neo

• Chiều dài neo cho bầu neo nằm ngoài phạm vi vùng trượt nguy hiểm

- Thi công neo:

• Khoan

• Lắp đặt neo

• Phụt vữa, chế tạo đầu neo

• Căng neo và kiểm tra lực căng

• Thí nghiệm kéo thử

Nhà xuất bản XD Thiết kế và thi công hố đào sâu - Nhà xuất bản XD 2002.

Nhà xuất bản XD.

Neo gồm các thành phần: dây neo (cáp hoặc thanh thép), bầu neo, đầu neo.Chiều sâu tối thiểu của bầu neo: ? 5 m khi neo trong đất, > 1,5m khi neo

3,5 b (b - đường kính bầu neo) thường

2 m, hố đào sâu hơn 5-6 m thì nên  hàng neo Nếu khoảng cách các neo < 1/5 chiều dài neo thì phải tính đến ảnh hưởng tương

Chiều dài neo cho bầu neo nằm ngoài phạm vi vùng trượt nguy hiểm

- Trạng thỏi làm việc của neo: Sức khỏng nhổ của neo trong đất, đỏ được xỏc định

(

Fs Pgh

P gh = diện tớch xung quanh bầu neo * cường độ masỏt + diện tớch tiết diện đỏy (mặt trong) bầu neo * cường độ chống tại đỏy bầu

- Tớnh toỏn neo:

• Bầu neo Ti  R và Tkộo thử  R ;Ti - lực nhổ neo (T)

Trong đú Ti (lực tỏc dụng lờn neo) được xỏc định bằng tớnh toỏn trong phõn tớch bài toỏn dải tường chịu ỏp lực đất đối với từng hàng neo

Trạng thỏi làm việc của neo: Sức khỏng nhổ của neo trong đất, đỏ được xỏc định

+ Theo kinh nghiệm : giả thiết bỏ qua phần ma sỏt lừi căng thõn neo



chu vi

Cường độ kháng ma sát

) 5 , 1 ( Fs 

= diện tớch xung quanh bầu neo * cường độ masỏt + diện tớch tiết diện đỏy (mặt trong) bầu neo * cường độ chống tại đỏy bầu.

lực nhổ neo (T)Trong đú Ti (lực tỏc dụng lờn neo) được xỏc định bằng tớnh toỏn trong phõn tớch bài toỏn dải tường chịu ỏp lực đất đối với từng hàng neo



chu vi

Cường độ kháng ma sát

Fa  K T hay K Tkéo thử (K- hệ số an toàn = 1,4 hệ số an toàn = 1,4 -2)

CÁC HÌNH ẢNH BẢO

VỆ MÁI DỐC CÁC HÌNH ẢNH BẢO

VỆ MÁI DỐC