Tính toán tường chắn đất

Đây là một cuốn sách rất hay viết về phần tính toán tường chắn đất. Đây cũng là cuốn sách giúp các bạn sinh viên nói chung và sinh viên Đại Học Kiến Trúc Hà Nội nói riêng tham khảo trong đồ án môn công trình đô thị.

Ti liệu tham khảo : mặt đờng tờng chắn đất có cốt chơng i: Giới thiệu chung Tờng chắn đất đờng kết cấu chống đỡ đắp chống đỡ đào Khi địa vật điều kiện chiếm đất hạn chế, cần phải thu hẹp chân mái dốc sử dụng độ dốc mái ta luy tơng đối dốc, nh cần dùng biện pháp tăng sức chống trợt chỗ trợt sờn cần xem xét đến giả phát dùng tờng chắn đất Tờng chắn đất có nhiều loại hình, đặc biệt từ năm 70 trở lại xuất nhiều loại kết cấu tờng chắn đất kiểu có ý tởng kiến trúc cấu tạo vật liệu Khi bố trí tờng chắn đất, trớc hết cần phải dựa vào đặc điểm yêu cầu trờng hợp sử dụng, nh : Dùng cho đoạn đắp hay đào, chiều dài đoạn tờng, chiều cao tờng, điều kiện móng, điều kiện vật liệu đắp Dựa vào đặc điểm loại tờng chắn, ngời ta chọn loại tờng chắn thích hợp có xét đến yếu tố: Mỹ quan, kinh tế, độ tin cậy độ bền vững Thiết kế loại tờng chắn đất bao gồm việc lựa chọn cấu tạo tờng, tính toán áp lực đất phân tích điều kiện ổn định bên ổn định bên tờng Tuỳ theo cấu tạo, chế làm việc Tờng chắn đất đợc phân thành loại phổ biến Việt Nam việc ứng dụng tờng chắn xây dựng đờng phổ biến chủ yếu loại tờng chắn sau: - Tờng chắn đất kiểu trọng lực - Tờng chắn đất bê tông cốt thép - Tờng chắn đất kiểu cũi rọ đá - Tờng chắn đất kiểu neo em xin giới thiệu chi tiết vè tờng chắn đất có cốt (là chuyên đề em trình bày chơng sau): - Đó hệ thống bảo đảm ổn định từ bên hệ thống gia cờng cốt bên bên hông khối đất bị trợt, lợi dụng lực kháng trợt bị động (bao gồm lực ma sát lực dính cốt với đất) để giữ cho khối đất ổn định Đây hệ thống đại loại kết cấu chống đỡ theo ý tởng phát triển nhanh vòng 20 năm Loại chủ yếu khác với loại tờng chắn vốn quen dùng chỗ: thay kết cấu tờng chắn đất thông thờng cho khối đất hệ thống tổ hợp bao gồm phân lớp cốt đất đợc ổn định từ bên Phía bề mặt khối đất đợc bố trí lớp kết cấu (mặt tờng) chủ yếu để phòng tránh tổn hại bề mặt bảo đảm mỹ quan nhằm để chống đỡ ổn định khối đất nh tờng chắn thông thờng - Để hoàn thiện Hệ thống ngời ta kết hợp hai hệ thống, tức có phận kết cấu chống đỡ bên kết hợp với phận bảo đảm ổn định từ bên Loại hình đặc trng hệ thống kiểu tờng chắn đất kiểu rọ đá xếp chồng kết hợp với cốt dải cốt lới, tờng chắn kiểu leo cốt phun vữa bê tông Phạm Quốc Việt Ti liệu tham khảo : mặt đờng k iể u n e o k iể u đ ấ t c ó c ố t M ặt phá hoại Mặt đờng Mặt phá hoại M ặt tờng M ặt tờng Thanh neo M ặ t đ ấ t h iệ n t r n g Cốt Thoát nớc Phạm Quốc Việt Ti liệu tham khảo : mặt đờng Chơng II: Cấu tạo tờng chắn đất có cốt I) Khái niệm đất có cốt Đất có cốt loại hình vật liệu tổ hợp đất cốt tạo ra, có khả chịu đợc lực kéo Đất có cốt đời vào khoảng năm 60 phát minh kỹ s cầu đờng ngời Pháp tên Henri Vidal Vào năm 1968, công trình tờng chắn đất có cốt đợc xây dựng lần miền Nam nớc Pháp Tiếp sau, kỹ thuật đất có cốt đợc phát triển nhanh chóng, không ngừng đợc cải tiến, tạo nhiều loại, nhiều hệ thống đất có cốt khác Đến ngày công trình đất có cốt loại công trình đại với nhiều tính u việt, đợc a thích sử dụng toàn giới Vì tính u việt loại hình đất có cốt, việc nghiên cứu áp dụng phát triển nhanh chóng nhiều nớc Châu Âu, Mỹ Châu Đến sau 30 năm nghiên cứu phát triển toàn giới có 30.000 công trình ứng dụng đất có cốt, bao gồm loại nh: tờng chắn đờng ô tô, đờng sắt, mố cầu, đờng đắp cao, đê kè ven sông, ven biển công trình quân Vật liệu cốt đa dạng Từ xa xa, ngời sử dụng cốt tre, loại săm lốp cao su số công trình Tiếp sau đó, từ nghiên cứu ứng dụng công trình có quy mô lớn hơn, ngời ta sử dụng cốt kim loại, tiếp đến vật liệu cốt thép không gỉ Với phát triển ngành sản xuất vật liệu tổng hợp, cốt đợc sản xuất từ loại vật liệu tổng hợp có cờng độ cao bao gồm vải địa kỹ thuật lới địa kỹ thuật loại vật liệu đợc sử dụng làm cốt lới thép mạ kẽm bọc Polyme Hình dạng cốt dạng sợi, dải mỏng, lới ô vuông dạng mỏng Vật liệu đất đắp thông thờng hay dùng hạt để đáp ứng yêu cầu truyền ứng suất cắt, bền vững thoát nớc Bề mặt khối đất có cốt tờng bao đơc bố trí thiết kế không chụi lực, có tác dụng bảo hộ bề mặt vật liệu đắp khỏi bị xâm thực sụt lở tác nhân bên Đợc làm gỗ, bê tông xi măng đúc sẵn, phiến kim loại chế sẵn, lới sợi thép, bê tông phun vữa rọ đá Gần đây, công nghệ vật liệu phát triển, vải địa kỹ thuật loại đợc sử dụng làm tờng chắn đất có cốt Do đó, phía bề mặt tờng chắn, tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật, có vải địa kỹ thuật lại đắp đất trồng cỏ Trong nhiều trờng hợp, phía bề mặt tờng chắn đợc cấu tạo rọ đá xếp chồng II) Những lợi ích công nghệ đất có cốt Qua kết nghiên cứu ứng dụng đất có cốt ổn định đờng, qua tổng kết từ công trình xây dựng có, cho thấy kết cấu đất có cốt có u điểm so với kết cấu thông thờng nh sau: - Tính biến dạng cao Với đặc thù khối vật liệu mềm nên cho phép kết cấu chịu đợc độ lún không lớn mà không bị đứt gãy Đặc điểm quan trọng xây dựng kết cấu vùng có địa chất không ổn định vùng bị xói ngầm - Đất có cốt loại vật liệu nặng, công trình đất có cốt có kích thớc lớn đáp ứng đợc yêu cầu công trình đòi hỏi phải có lợng lớn để chịu đợc lực đẩy ngang lớn, chụi lực va chạm lớn sóng nổ lớn Phạm Quốc Việt Ti liệu tham khảo : mặt đờng - Tuổi thọ tơng đối cao Đối với loại sử dụng vật liệu không gỉ chống gỉ tốt, công trình đợc coi vĩnh cửu - Tính thấm nớc Đây dạng kết cấu hở, nớc thấm qua cách dễ dàng nên giảm đợc phần lớn áp lực nớc thuỷ động - Nhờ đất có cốt mà công trình đất đắp không cần đắp có mái dốc, tức đắp thẳng đứng, làm giảm đợc phạm vi chiếm dụng - Giá thành không cao Do phạm vi chiếm dụng công trình nên phù hợp với nơi hạn chế mặt xây dựng, đặc biệt thành phố Mặt khác thân kết cấu vật liệu không đắt tiền dễ kiếm - Công nghệ thi công không phức tạp, đơn giản, nhanh Cốt tờng bao gia công trớc nhà máy đem lắp đặt tiện lợi trình đắp đất Tại Hội nghị đờng ô tô kỷ tới họp từ 24-26 tháng 11 năm 1996 Hồng Kông khẳng định lợi ích kinh tế kỹ thuật công nghệ đất có cốt xây dựng đờng tính linh hoạt kết cấu, giá thành hạ, tốc độ thi công nhanh tuối thọ công trình cao Tuy nhiên từ năm phát triển ngời ta thấy nhợc điểm loại vật liệu va tìm cách khác phục: - Nếu vật liệu kim loại làm cốt vỏ mặt tờng gặp vấn đề biện pháp chống gỉ: phải dùng thép không gỉ, thép mạ tăng thêm kích thớc cốt vỏ để dự trữ dùng thép thờng - Nếu cốt vỏ mặt tơng chất dẻo tổng hợp ( vải lới địa kĩ thuật ) phải có biện pháp chống lão hoá cho chúng III) phạm vi điều kiên sử dụng tờng chắn đất có cốt Trên đờng ô tô công trình xây dựng khác, tờng chắn đất có cốt đợc sử dụng trờng hợp sau: Thay tờng chắn bê tông đá xây làm công trình chống đỡ từ phía dới sờn dốc để xây dựng đoạn đờng bãi san sờn dốc tự nhiên có độ dốc ngang từ 50% trở lên Thay mái dốc ta luy đắp đất thông thờng có độ dốc thoải để giảm diện tích chiếm dụng mặt Làm công trình chống đỡ khối trợt sờn sờn dốc thiên nhiên vùng có tuyến qua Làm tờng chắn bảo vệ môi trờng ( chống ồn, cách li) Khi làm công trình tờng chắn đất có cốt phải cân nhắc xét đến yêu cầu điều kiện kĩ thuật - kinh tế dới đây: Đảm bảo ổn định toàn khối ( ổn định ngoài) tờng chắn điều kiện địa hình địa chất cụ thể chỗ Đảm bảo ổn định nội ( ổn định trong) kết cấu đất cốt : cốt không bị kéo đứt - kéo tuột Tờng chắn đất có cốt đợc xây dựng phân tích thấy giá thành xây dựng rẻ so với loại tờng chắn khác ổn định Phạm Quốc Việt Ti liệu tham khảo : mặt đờng Không đợc sử dụng tờng chắn đất có cốt trờng hợp sau: Khi có công trình ngầm đòi hỏi bố trí thông qua khối đất có cốt ( đặt thiết bị ngầm ) trừ công trình thoát nớc cho thân khối đất có cốt Khi khả phòng chống xói Khi tờng nằm vùng nớc mặt nớc ngầm bị ô nhiễm ( nớc có độ PH thấp, tỉ lệ clorit sunfat cao) IV) cấu tạo tờng chắn đất có cốt Mô hình cấu tạo chung: Mũ Tuờng Mặt Tuờng bao Đỉnh Tuờng Lung Tuờng Đất đắp đầm chặt Mặt suờn dốc tự nhiên Cốt Sơ đồ tên gọi yếu tố cấu tạo công trình tờng chắn đất có cốt với tờng bao vỏ cứng (mặt cắt ngang tờng) Phạm Quốc Việt Ti liệu tham khảo : mặt đờng Mặt sờn dốc thiên nhiên Đỉnh Tờng Đất đắp đầm chặt H Cốt m K = Ka Trong : K0 - hệ số áp lực đất trạng thái tĩnh: K0 = - sin Ka - hệ số áp lực đất chủ động: Ka = tg2(450 - ) Với góc nội ma sát đất đắp tờng chắn, tối đa lấy 340 + Đối với cốt polime cốt sợi thép (loại dãn nhiều độ sâu z kể tử đỉnh tờng hệ số áp lực ngang áp dụng: K = Ka Riêng cốt lới sợi thép K = 0,65 Khi tính K trị số góc ma sát lớn 340 2.4) Kiểm toán khả cốt bị kéo đứt + Với cốt dạng đai mỏng dạng khung hàng cốt j : Tj.Sh Atj.Rk.k Trong : Phạm Quốc Việt 28 Ti liệu tham khảo : mặt đờng Atj - diện tích tiết diện cốt kim loại thuộc hàng j lại (cha gỉ) năm thứ t cuối thời kỳ sử dụng dự kiến Rk - cờng độ chịu kéo giới hạn (cờng độ chịu kéo danh định) vật liệu làm cốt k - kệ số chiết giảm cờng độ, k = 0,65 với cốt đai mỏng 0,60 với cốt dạng khung Biết đợc Tj, ta dự kiến loại vật liệu cốt cách bố trí cốt ( Sv Sh), từ xác định đợc Atl Và ta dự kiến đợc kích thớc tiết diện cốt thiết kế Việc kiểm toán đứt cốt xác định tiết diện cốt thiết kế phải đợc thực với tất hàng cốt bố trí thân tờng +Với cốt vải địa kỹ thuật : Tj Ttn.k Trong : Ttn cờng độ chịu kéo giới hạn vải, xác định thí nghiệm kéo từ biến 1000h 230C K hệ số chiết giảm cờng độ: k =0,27 có kết thử nghiệm theo ASTM D5262, thử nghiệm theo ASTM D4596 thì: + Vải polythilen polypropilen : k = 0,05 -0,08 + Vải polyeste : k =0,11 0,16 + Vải polyamin polyethilen có tỉ trọng lớn : k = 0,09 0,14 2.5) Kiểm toán khả cốt bị kéo tuột không đủ sức neo bám xác định chiều dài cốt cần thiết Theo nguyên lý làm việc đất cốt đờng trình bày trên, sức kháng chống kéo tuột giới hạn Pktj đợc xác định nh sau: Đối với cốt dạng đai mỏng có gờ ngờ: Pjkt = 2f.t.btj.Lej Trong : Lej - chiều dài cốt hàng j, phần nằm vùng neo bám (vùng bị động) btj - bề rộng cốt hàng thứ j thời điểm năm thứ t cuối thời kỳ sử dụng (là bề rộng cốt ban đầu trừ bề rộng dự phòng) t - dung trọng đất đắp tờng có cốt hj - chiều sâu kể từ đỉnh tờng tính toán đến hàng cốt j f* - hệ số ma sát quy ớc + Với cốt không gờ áp dụng f* 0,4 độ sâu khối tờng đất có cốt + Với cốt có gờ : đỉnh tờng f* = 1,5 hj 6,0 m áp dụng f* = tg (góc nội ma sát đất đắp tờng), f* đoạn tử - m đợc xác định theo phơng pháp nội suy tuyến tính bậc Phạm Quốc Việt 29 Ti liệu tham khảo : mặt đờng Đối với cốt vải địa kỹ thuật Cũng đợc xác định nh công thức trên: Pjkt = 2f.t.btj.Lej, nhng kiểm toán với 1m chiều dài tờng btj = 1m cốt vải địa kỹ thuật thờng rải kín lớp đất đắp f*= tg không biến đổi theo độ sâu rải cốt hj Đối với cốt dạng khung Khi khoảng cách ngang nhỏ 15cm sức kháng chống kéo tuột nh trên: Pjkt = 2f.t.btj.Lej Thay btj = w với w : bề rộng khung cốt f* = 0,8tg khoảng cách ngang 15cm giảm dần đến f* = 0,45tg khoảng cách ngang Và nh khoảng cách ngang từ 15 cm f* nội suy tuyến tính Khi cốt dạng khung có khoảng cách ngang lớn 15 cm có thêm sức cản bị động ngang Sức chống kéo tuột đơn nguyên cốt hàng thứ j xác định nh sau: Pjkt = Np.t.hj.n.Abt Trong đó: n số ngang khung cốt nằm vùng bị động Abt diện tích tạo sức cản bị động ngang (đờng kính nhân với chiều dài ngang) cuối thời kì sử dụng t Np hệ số sức cản bị động , Np = 30 đỉnh tờng tính toán giảm dần đến 15 độ sâu m, khoảng từ m Np đợc nội suy tuyến tính Điều kiện kiểm toán khả cốt không bị kéo tuột Tj.Sh Pjkt.k (*) Trong đó: Pjkt, Tj, Sh - đợc trình bày k - hệ số chiết giảm sức chống kéo tuột, k = 0,9 Xác định chiều dài cốt cần thiết Tại hàng j, chiều dai cốt Lj đợc xác định: Lj = Laj + Lej Trong : Laj Lej trình bày + Laj : đợc xác định sơ đồ phá hoại tờng + Lej : đợc xác định dựa vào công thức (*) trị khác đợc xác định trớc Tính toán xác định chiều dài cốt từ n 3) Tính toán liên kết mặt tờng với cốt tính toán tờng bao Phạm Quốc Việt 30 Ti liệu tham khảo : mặt đờng Tờng bao đóng vai trò phận cấu tạo, đợc chế tạo sẵn xởng thi công công nghệ lắp ghép Tuy nhiên để đảm bảo ổn định cho tờng bao ; trình đúc phải tính toán chi tiết tờng bao mối nối tờng với cốt Cơ sở việc tính toán dựa vào lực kéo Tj xác định đợc không sâu vào tính toán chi tiết mà nêu số nguyên tắc yêu cầu trình tính toán + Với mối nối nằm nửa dới tờng phải tính toán với 100% lực kéo, mối nối nằm nửa tính với 85% lực kéo lớn với mặt tờng BTXM 75% với mặt tờng kim loại + Trong qúa trình tính toán cần tham khảo thêm cách tính hệ số triết giảm cờng độ tiêu chuẩn thiết kế cầu song ngữ 22TCN 272.01 +Kiểm toán với hệ số triết giảm cờng độ từ 1,5 -1,7 Với cốt vải địa cốt polime dạng lới việc liên kết với hộp tờng rọ hộp đá thực phơng pháp nối xỏ then.hoặc cột buộc Đó nội dung chung việc tính toán liên kết tính toán chế tạo tờng bao Phạm Quốc Việt 31 Ti liệu tham khảo : mặt đờng Chơng iv : Thi công tờng chắn đất có cốt đoạn đờng đầu cầu vợt Các bớc thi công tờng chắn đất mang tính lặp lại, cụ thể bớc nh sau : - Chuẩn bị mặt thi công cho kết cấu: đảm bảo đủ chiều dài, chiều rộng tờng thi công phải theo vẽ thiết kế, không đủ tiêu kỹ thuật phải xử lý trớc thi công tờng - Tạo ván khuôn đổ bê tông cho đờng dẫn: Kích thớc danh nghĩa 50x30 cm, đờng dẫn cần phải đợc bảo quản 12 ngày trớc lắp đạt panel - Lắp hàng panel ( vỏ tờng bao BTXM lắp ghép) đúc sẵn , hệ chống kẹp: Đây trình quan trọng ảnh hởng tới chất lợng tờng chắn cần phải thực theo vẽ thiết kế thờng xuyên kiểm tra Thờng ngời ta lắp panel nghiêng vào để bù lại cho việc ngả đổ đầm chặt đất - Dán lớp vải lọc lên tất mối nối lng panel - Rải đầm đất cao độ hàng lới thép đầu tiên: Đất dùng để làm tờng chắn phải đạt tiêu kỹ thuật, yêu cầu thi công Quá trình thi công phải tuân theo trình tự bớc vẽ thi công: Yêu cầu đầm, bề dày lớp đầm - Lắp đặt lớp cốt đai neo vào panel - Tiếp tục rải đầm đất đỉnh panel nửa hàng panel - Tháo bỏ kẹp gỗ - Lắp tiếp hàng panel thứ hai đỉnh nửa - Dán lớp vải lọc - Rải đầm đất theo lớp cao độ hàng lới thép - Lắp lớp cốt thứ hai vào panel - Tiếp tục rải đầm đất đỉnh panel nguyên hàng panel - Tháo bỏ chống - Lặp lại trình tự rải đầm đất, lắp đặt lớp cốt, lắp đặt panel cao độ đỉnh tờng - Lắp đặt chi tiết đỉnh tờng, lan can, cấu kiện bê tông đúc sẵn theo yêu cầu khác Chú ý : - Sau gia cố song lớp đất móng phải tiến hành lắp công trình phụ kèm theo : đặc biệt công trình thoát nớc công trình dịch vụ khác phần đáy móng - Hoàn thiện đỉnh tờng: Lắp panel đỉnh tờng kẹp giữ chung Tại , đất đắp thấp so với mặt tờng để giúp cho công tác tạo ván khuôn chi tiết đỉnh tờng đợc dễ dàng đồng thời tạo an toàn (còn tiếp) Phạm Quốc Việt 32